打水漂是这样的！那工程师该如何入门LS-DYNA仿真？

导读：6月25日，举世瞩目的嫦娥六号以用半弹道跳跃式返回，即“打水漂”的方式再入大气层，最终通过伞降辅助成功着陆内蒙古四子王旗。这引起了全球的高度关注——为什么我们要用这种方式返回呢？

一、嫦娥六号打水漂返回地球

所谓“打水漂”就是返回器要两次进入地球大气层。嫦娥六号返回器在第一次以10.9千米/秒进入大气层后，要经历一个从一步步亲近地球到一点点远离地球并穿出大气层的过程，就像打了一个水漂。这种专门安排的在大气层中进行数千公里的飞行，就是要利用大气的阻力和与大气摩擦产生的热量快速消耗返回器的能量，以将返回器的速度降到7.9千米/秒以下，这样，当返回器冲出大气层后便不再满足成为一颗地球卫星的基本条件，从而能够第二次落入大气层[1]。

返回器返回地球时需要先通过第一次再入大气层来减速，如果直接返回地面是会被烧毁的。用大气层阻力将返回器速度降为第一宇宙速度后，通过第二次再入大气层就能轻车熟路地返回地面了，但必须控制好返回器第一次再入大气层的再入角和再入点，因为它从最初再入大气层到最后落地，其间要在风驰电掣和大起大落的状态下飞行六七千千米，稍有偏差就有可能回不到地球或者无法准确着陆预定地点。

在这个“打水漂”返回的过程中，地球大气担任双重角色，一方面要充当阻力尽量降低返回器的速度，另一方面还要充当升力，保证返回器在速度降到一定程度后能顺利跃起。所以，既不能让返回器减速太多，又要确保不能减速太少，还要使返回器在固定的位置穿出大气层，然后第二次再入大气层。完成这一高难任务要靠制导、导航与控制系统。制导是根据当前位置和速度并结合落点位置进行制导处理，自动规划出最佳飞行路线；导航是实时获取自身位置和速度；控制是通过控制返回器外的发动机调整返回器姿态，使其沿规划轨迹飞行。这三者协同工作，方能使返回器找到回家的路。

二、工程师如何入门LS-DYNA仿真

作为理工科院校、科研院所和工业部门的弹药工程专业本科生、研究生和科研工程人员是不是希望掌握LS-DYNA仿真专业技能？

1、掌握好前处理软件是仿真计算的前提

针对LS-DYNA前处理软件众多，没有最好的，只有最合适的。结合自己的使用经验，现分享下各个软件的优缺点。

①ANSYS/APDL经典

ANSYS/APDL经典是GUI操作的界面，虽然支持APDL命令流，也可参数化建模，但功能不及TrueGrid。

优点：LS-DYNA小黄书（时党勇编写）使用该软件前处理，非常适合入门。

缺点：界面古老，操作繁琐，效率低。

推荐指数：☆☆

②Altair/HyperMesh

该软件是Altair旗下进行网格划分的工具，有专业的划分网格的工具。另外，可以关注下Altair另外的产品，如HyperMath、HyperView、Hyperstudy等，其中HyperView也可对LS-DYNA结果后处理。

优点：个人认为是最专业的网格划分软件，效率高，可处理任意复杂的几何模型，支持多种软件的前后处理，可生成四面体、五面体、六面体网格。最全能的网格划分软件。支持LS-DYNA关键字。可自动划分网格。支持命令流。

缺点：在批量修改模型时，需要重复打开软件操作。

推荐指数：☆☆☆☆☆

③xyz/TrueGrid

xyz公司开发的TrueGrid软件，由Fortran语言编写，曾开发过AUTODYN的前处理，因此也完美的支持AUTODYN前处理，此外，可支持LS-DYNA、CFD、ABAQUS等软件的前处理，支持LS-DYNA部分关键字。TrueGrid是参数化建模的不二之选，功能全、运算速度快，支持Fortran语言，完美的TrueGrid命令流就是一幅完美的代码。如推文LS-DYNA | 基于Python+TrueGrid构建有限元模型即快速构建各种复杂模型。

优点：参数化建模，效率高，网格质量好。

缺点：入门难，仅支持六面体网格。

推荐指数：☆☆☆☆

④ANSYS/Workbench

ANSYS/Workbench是ANSYS目前主要发展的平台，ANSYS2020R2及之后的版本为中文版，Workbench是一个工作平台，可方便的进行多软件之间数据交互。内包含建模、画网格等软件，且一直更新。

优点：入门简单，对新手友好。

缺点：效率不如Hypermesh。

推荐指数：☆☆☆☆☆

⑤ETA/PreSys

ETA/PreSys是通用的有限元前、后处理软件，为FEMB的升级版本，其与多种CAD和CAE 软件有良好的接口，并具有强大的有限元网格划分功能，可广泛应用汽车、电子、岩土爆破等各个领域的仿真模拟分析。

该软件有中文版本，带有LS-DYNA的材料库，同时包含有跌落分析模块、爆炸分析模块、结构分析模块等，支持LS-DYNA关键字。

优点：简单，入门快。

缺点：资料少、软件“难以获取”。

推荐指数：☆☆☆☆☆

⑥LS-PrePost

LS-PrePost是LS-DYNA官方推出的，免费的前后处理软件，最全能地支持LS-DYNA关键字，可生产六面体、SPH、DEM等单元。非常推荐新手学习。

优点：最全能。

缺点：效率低。

推荐指数：☆☆☆☆☆

⑦MSC/Patran

Patran 是世界上使用最广泛的有限元分析（FEA）前/后处理软件，可为多个解算器提供实体建模、网格划分、分析设置及后处理，其中包括 MSC Nastran、Marc、Abaqus、LS-DYNA、ANSYS 及 Pam-Crash。

Patran设计为既支持 MSC Nastran 和 MD Nastran，能够使用通用有限元模型进行高级工程分析，还可以利用 Nastran 的设计优化和拓扑优化功能来改善设计。

除 MSC Nastran 之外，Patran 还支持由 MSC  开发的其他解算器（Marc、Dytran 及 MSC Sinda），同时还支持 Abaqus、Ansys、LS-Dyna 及 Pamcrash 之类的解算器。

推荐指数：☆☆☆

2、选择一款k文件编辑器，别在使用txt进行编辑了！

①Ultraedit编辑器

该编辑器占内存小，使用方便，可快速打开50M以上k文件，txt打开50M的文件，可能会卡死。Ultraedit支持语法点亮，支持关键字折叠，支持行/列模式，修改k文件极其方便。

此外，Ultraedit可编写Python、Java、C#等语言，直接在Ultraedit运行。

②PsPad编辑器

PSPad，功能非常强大，UltraEdit、Editplus、EmEditor能做的（比如多文件编辑、支持“工程”、语法高亮、HEX编辑，内置FTP功能），PSPad也能做到，甚至做得更好！PSPad里集成了许多非常实用的工具。

3、选择合适的求解器

截止2021.11.06，LS-DYNA已推出到R13.0，高版本的求解器必然是最好的选择。

对于新手来说，能安装好LS-DYNA环境是首要的，推荐安装ANSYS2020R2之后的版本，此后版本中采用的是LS-DYNA R11的求解器，支持多物理场分析，且Workbench为中文版，适合新手学习。

此外，对于SMP和MPP版本，针对个人电脑来说，选择SMP版本。

4、LS-DYNA的核心为读懂关键字

初段位为软件生成关键字，中段位为软件生成一部分关键字，高段位为除了网格，其余所有关键字采用txt手写。这也是LS-DYNA高效率之处，对于新手来说入门困难，但只要入门了，手写关键字，我认为效率是高于其他CAE软件的。

针对关键字的学习，我认为最核心的方法就是多做、多练。熟练于心，熟悉了也就能手写关键字了。兴趣也是非常重要的一方面。

5、多总结，多交流

在实际操作中，LS-DYNA在前处理、求解、后处理过程中存在各种各样的问题，如前处理建模困难、模型网格质量差、求解遇到“节点速度无限大”，“负体积”以及后处理关键数据的提取等等问题，LS-DYNA | 缩短计算时间的若干方法、LS-DYNA | 常见问题解决方法许多问题需要不断的积累，需要和同学经常交流，犯的错误多了，也就知道如何修改了。

此外，在学习一段时间后，有必要深入了解有限元的基础理论知识，软件操作学习是一方面，若想深入学习，背后的很多数学模型是有必要了解。

6、LS-DYNA在爆炸冲击领域的应用

也可自定义载荷

钢筋混凝土结构损伤破坏过程

钢筋混凝土结构破坏结构

三、LS-DYNA爆炸与冲击视频教程

为了帮助更多人掌握和理解LS-DYNA爆炸与冲击数值模拟技术，《爆炸与冲击数值模拟技术》图书作者战斗部仿真。他基于ANSYS16.0软件平台，原创首发视频教程《LS-DYNA与AUTODYN爆炸与冲击仿真33讲》详细介绍了如何运用LS-DYNA和AUTODYN解决冲击动力学中的实际工程问题，旨在让用户掌握侵彻/爆炸/冲击/聚能效应工程计算详解。并为订阅用户提供VIP群答疑服务，后续还可以根据用户需求持续加餐内容等。

课程大纲如下：

LS-DYNA与AUTODYN爆炸与冲击仿真33讲：侵彻/爆炸/冲击/聚能效应工程计算详解

1、您将得到

（1） 软件操作技能：熟悉并掌握使用ANSYS 16.0软件平台，特别是其子程序LS-DYNA和AUTODYN进行数值模拟。

（2）基础知识：了解LS-DYNA入门知识，为后续深入学习打下基础。

（7）工程应用：通过30余个案例学习，能够将理论知识应用于解决实际工程问题，如弹药终点效应的数值模拟。

（8）专业教材和参考：本书可作为弹药工程专业的学生、研究生以及科研工程人员的教材或参考书，帮助他们深入理解弹药终点效应数值模拟技术。

（9）案例分析能力：通过学习书中的案例，提高分析和解决具体工程问题的能力。

（10）跨学科知识：由于涉及到弹药工程、力学、数值分析等多个领域，读者能够获得跨学科的综合知识。

（12）可以根据VIP群用户需要，酌情加餐内容或者直播。

（1）理工科弹药工程专业本科生、研究生和科研工程人员；

（2）希望提高LS-dynat应用水平的仿真爱好者；

（3）学习弹药终点效应数值模拟技术的任何人；