ANSYS Workbench LS-DYNA自学之旅1——今日初见，寻常人家王谢燕
“LS-DYNA需要写关键字”、“Ls-Prepost两年半练习生只算入门”，您是否也曾因为听到这样的话而知难而退。那么告诉您个好消息，现在2024年了，忘记这些烦恼。因为本趟旅程是搭乘Workbench未来号的LS-DYNA成长之旅，如同王谢堂前燕，飞入寻常家。
本系列笔记仅为一家之言，意在抛砖引玉，只针对图惜这样的初学者，敬请批评指正。本系列实例基于ANSYS 2023版本，以Workbench操作为主Ls-prepost操作为辅，同样适用于20/21/22版本，希望也能适用于24/25版本。
# 1 显隐算法之争
“隐式”和“显式”是指用于进行仿真的两种时间积分方法。隐式算法一般用于低速问题，而显式算法更多用于高速问题。
从时间量级来看，隐式算法一般用于低速问题，而显式算法多用于高速问题。
速度 | 低 | 高 |
变形 | 全局 | 局部 |
响应时间 | 毫秒~秒级 | 微秒~毫秒级 |
应变 | ≤10% | ≥50% |
应变速率 | ≤10/s | ≥10000/s |
应力 | ≤屈服强度 | 10~100x屈服强度 |
非线性动力学软件最适合模拟在短时间内物体发生大变形的情况及动态力学响应，模拟一般以显式为主，隐式为辅。持续1s以上的非线性事件一般需要通过隐式方式进行求解，如果通过显式方式需要计算较长时间。
相对于隐式算法，显式算法对以下问题求解效率和精度更高：激波传播，大变形和大应变，非线性材料行为，复杂接触，破碎、非线性屈曲等。
显式动力学常用于以下问题：屈曲、挤压/折弯成型、冲压成型、跌落、碰撞、爆炸、高速冲击等。
总结一下隐式与显式算法的特点：
算法 | 特点 |
隐式算法 | 对于线性问题：隐式时间积分是无条件稳定的，时间步长可以任意大。 对于非线性问题：求解采用一系列线性近似(牛顿-拉夫森法)方法，需要转置非线性刚度矩阵，因此每个时间步可能有多次平衡迭代。求解需要足够小的迭代时间步来实现收敛。 对于高度非线性问题：不能保证收敛。 对网格质量要求较低。 非线性问题需要较大内存。 求解精度较高，且不取决于时间步长。 |
显式算法 | 通常没有收敛性问题（无需收敛性检查）。 方程非耦合，无需刚度转置，直接求解切线刚度，不需要平衡迭代。 时间步长必须足够小以保持求解的稳定，LS-DYNA中每一时刻的积分步长由当前网格中的最小单元决定。 对网格质量要求较高。 需要较小内存，CPU性能决定求解效率。 需要较小的时间步长来保证求解精度，需要考虑沙漏能的影响，求解精度相较于隐式求解往往更低。 |
# 2 处理界面之争
LS-DYNA的传统御用处理界面是Ls-Prepost，在Workbench中也能创建LS-DYNA项目，它们共同特点都是使用了LS-DYNA（LS-RUN）求解器。目前LS-DYNA求解器已经发展到R14版本，ANSYS2023内置的是R13.1版本。
在市面上能找到的资料，很多是基于Ls-Prepost界面的，Ls-Prepost含有众多的关键字供用户调取，虽然2020之后版本的Ls-Prepost的GUI已经图形化，但是这个界面真是一言难尽，让你仿佛看到了2002年的第一场雪。
通过开始——ANSYS 202x Rx——Ls-Prepost打开它。
LS-DYNA在2019年被ANSYS公司收购后，整合到了Workbench界面，2019/2020版本Workbench需要在主界面的Extensions→Extensions Manager对话框中勾选LSDYNA后，才会在Toolbox中出现Ls-Dyna选项，2021之后版本默认在Toolbox中含有Ls-Dyna选项。
Workbench Ls-Dyna的处理界面称为LS-DYNA-Mechanical。
对于初学者来说很纠结，到底是学习号称正宗传承如同正一派的Ls-Prepost——LSDYNA，还是学习后来居上如同茅山派的Workbench——LSDYNA呢？如果问我，那么题目就已经给出答案了。大家可以回想下当初学习ANSYS是不是也遇到过这种问题，到底学ANSYS经典界面还是Workbench界面呢？一些老师会推荐经典，不光因为他们当初学的经典界面，还因为当时市面上的资料很多是关于经典界面的。到了现在，您还会推荐初学者用经典界面吗？当然不会，因为软件就是一个工具，是用来解决工程问题的，当然是选择易用那个，就算您没学过Workbench，也能很快入门Ls-dyna。
当然Workbench界面也有一些缺点，比如兼容性不佳，特别是使用Workbench的中文界面，可能出现莫名其妙的问题，如下图。所以推荐使用英文界面，材料也使用英文命名。
2020~2023中，版本越高，这些兼容性Bug越少，软件越稳健。
相对于Ls-Prepost中大量预制的关键字，Workbench中集成的LS-DYNA命令较少，但是应对常见问题足够了。
好消息是，2023版本的WB已经内置了关键字插件，在WB主界面，通过菜单栏【Extension】→【Manage Extensions】窗口，勾选【Keyword Manager】后关闭窗口，即可加载关键字管理器。
进入LS-DYNA-Mechanical窗口后，点击结构树中的【LS-DYNA】，再点击菜单栏【Environment】→【Tool】→【Keyword Manager】，即可出现关键字搜索窗口，这里并没有预制关键字按钮，需要用户在搜索框输入字母检索，比如输入CONTROL，下方便会出现很多以这个单词开头的关键字，然后点击Add加载关键字。
2022之前版本需要进入ACT插件官网下载关键字管理插件，网址是https://catalog.ansys.com（或在WB主界面点击菜单栏【Extension】→【ACT Start Page】→【Manage Extensions】→左下角Ansys Store）。在网站左侧搜索框输入Keyword后搜索，进入插件详页，点击【Download】按钮即可下载，下载的ACT插件一般是.wbex格式。回到在Workbench主界面，点击菜单栏【Extension】→【Install Extensions】，选择下载的文件即可安装插件。
由于WB平台的局限性，在做一些特殊案例时，还是需要用到LS-propost处理；关键字也是一样，学到一定程度就不可避免需要使用到。这些都会在具体实例中学习到。
# 3 Workbench平台下的动力学模块
Workbench含有众多的动力学分析模块，谐响应、瞬态分析、随机振动分析、响应谱分析等都是基于模态叠加或隐式积分法。
Explicit Dynamics是ANSYS在收购世纪动力公司后，在著名的Autodyn核心上开发的显式动力学模块，也是一款非常强大的显示动力学软件。
LS-DYNA知名度比Autodyn更广，用户更多，也是目前最主流的显式动力学软件之一。LS-DYNA以显式求解为主，兼有隐式求解功能；以Largrangian算法为主，兼有ALE和SPH算法；以结构分析为主，兼有热、流体——结构耦合功能；以非线性动力分析为主，兼有静力分析功能。
Wokbench平台下的LS-DYNA具有以下特点：
①基于Mechanical操作界面、简单易用，学习成本低。
②WB模块众多，有利于LS-DYNA实现多物理场耦合分析。
③方便的几何导入、网格划分模块，先进的模型处理软件——SpaceClaim。
④方便的单位制管理。
⑤丰富的材料库模型。
⑥智能的自动化默认设置，使计算更稳健。
⑦完全集成化与参数化。
# 4 Workbench LS-DYNA分析基本流程
万物都有其规律法则，LY-DYNA的基本分析流程是什么呢？有限元分析的流程都逃不开3步骤：前处理——计算——后处理，如果还要细分的话，Workbench的项目图就是最合理的操作顺序。这一系列文章中的案例都将以这种步骤进行。
写这个系列，真的是做笔记了，参考资料主要是帮助文件还有网络能找到的公开资料，参考视频是在bilibili上搜索的workbench lsdyna相关视频。那么，本趟列车今日正式出发，免费搭乘，请抓紧上车。
PS：这篇是2个月前写的，后面的还没来得及写。
