第1章緒論

1.1求解微分方程的常用數值計算方法簡介

1.1.1有限差分法

1.1.法

1.1.3有限體積法

1.1.法

1.1.法

1.1.6光滑粒子流體動力學法

1.2求解微分方程的常用數值計算軟件介紹

1.2.1ANSYS

1.2.2LSDYNA

1.2.3AUTODYN

1.2.4ABAQUS

1.2.5MSC.Dytran

1.3支持LSDYNA的主流前後處理軟件

1.3.1TrueGrid

1.3.2LSPrePost 

1.3.3HyperMesh

1.3.4ANSYS Workbench

1.3.5ETA PreSys

1.3.6ANSA

1.4參考文獻

第2章LSPrePost基本功能和用戶界面簡介

2.1LSPrePost圖形用戶界面

2.1.1界面布局

2.1.2F功能鍵

2.1.3鼠標操作

2.2下拉菜單欄

2.2.1File子菜單

2.2.2Misc.子菜單

2.2.3View子菜單

2.2.4Geometry子菜單

2.2.5FEM子菜單

2.2.6Application子菜單

2.2.7Settings子菜單

2.2.8Help子菜單

2.3右端工具欄

2.4底部工具欄

2.5通用工具和應用實例

2.5.1通用選擇面板

2.5.2動畫控制

2.5.3關鍵字管理器

2.5.4測量標尺

2.5.5設置模型旋轉中心

2.5.6剖析D3hsp文件

2.6參考文獻

第3章LSPrePost幾何建模

3.1LSPrePost幾何特征

3.2幾何建模實例

3.2.1瓶子三維幾何建模

3.2.2修補模型

3.2.3抽取中面

3.2.4幾何清理

3.2.生成面

3.2.生成多個面

3.3參考文獻

第4章LSPrePos建模

4.1網格劃分

4.1.1網格劃分基礎

4.1.2常網格劃分方法

4.1.3網格劃分工具欄

4.2模型和Part

4工具

4.4Solution Explorer

4.建模實例

4.5.1抽取中面

4.5.2生成柱坐標繫邊界條件

4.5.3Part替換

4.5.4模型比較

4.5.52DMesh生成網格實例

4.5編輯實例

4.5.7曲線和曲面網格劃分實例

4.5.8通過ElGen界面

4.5.9生成並細化同幾何分析NUR

4.5.10氣囊折疊

4.5.11復合材料層壓板建模

4.6參考文獻

第5章LSPrePost後處理

5.1POST後處理

5.1.1POST基本功能

5.1.2顯示模型應力

5.1.3繪制力位移曲線

5.1.4曲線和動畫同時顯示

5.2MS POST後處理

5.2.1MS POST基本功能

5.2.2生成切片

5.2.3生成等值面

5.2.4生成流線

5.3參考文獻

第6章LSPrePost二次開發

6.1LSPrePost命令文件

6.2腳本命令語言

6.2.1基於C語言的SCL API函數

6.2.2幾何實體類型

6.2.3基於C語言的SCL幾何相關函數

6.2.4基於C語言的SCL與C語言的差異

6.2.5運行SCL

6.2.6數據中心參數列表

6.2.7SCL編程實例

6.3LSReader語言

6.3.1API函數

6.3.2D3P_Parameter和BINOUT_Parameter

6.3.3編程實例

6.4自定義按鈕

6.5Keyword Reader

6.6參考文獻

第7章LSDYNA基礎

7.1軟件基本功能

7.1.1材料模型

7.1.2狀態方程

7.1類型

7.1.4接觸類型

7.1.5初始條件、載荷和約束定義

7.1.6沙漏控制

7.1.7拉格朗日算法

7.1.8自適應網格重分方法

7.1.9歐拉和ALE算法

7.1.10SPH法

7.1.1伽遼金方法

7.1.1方法

7.1.13剛體動力學功能

7.1.14隱式算法

7.1.15熱分析

7.1.16不可壓縮流求解器

7.1.17求解器

7.1.18微粒法

7.1.1法

7.1.20電磁場模塊

7.1.21近場動力學方法

7.1.22光滑粒子伽遼金算法

7.1.23擴法

7.1.24結構化ALE方法

7.1.25NVH、疲勞和頻域分析

7.1.26同幾何分析

7.1.27轉子動力學

7.1.28*DEFINE_OPTION_FUNCTION函數定義功能

7.1.29二次開發

7.1.30汽車行業的專門功能

7.1.31板料成形行業的專門功能

7.1.32多功能控制選項

7.1.33支持的硬件平臺

7.2應用領域

7.3關鍵字輸入格式

7.3.1關鍵字輸入數據格式的特點

7.3.2關鍵字用戶手冊卡片格式說明

7.4資源網站

7.5參考文獻

第8章拉格朗日算法

8.1小球撞擊平板計算算例

8.1.1計算模型概況

8.1.2LSPrePost建模

8.1.3關鍵字文件講解

8.1.4數值計算結果

8.2氣囊展開計算算例

8.2.1計算模型概況

8.2.2LSPrePost建模

8.2.3關鍵字文件講解

8.2.4數值計算結果

8.3S型管件撞擊剛性牆計算算例

8.3.1計算模型概況

8.3.2LSPrePost建模

8.3.3關鍵字文件講解

8.3.4數值計算結果

8.4參考文獻

第9章ALE算法

9.1ALE算法簡介

9.1.1ALE算法步驟

9.1.2ALE多物質

9.2邊界條件

9.3流固耦合

9.4水下爆炸二維計算算例

9.4.1計算模型概況

9.4.2關鍵字文件講解

9.4.3數值計算結果

9.5參考文獻

第10章SALE算法

10.1原有ALE求解器的缺點

10.2SALE算法優點

10.3SALE算法簡介

10.4SALE並行計算

10.4.1SMP並行計算

10.4.2MPP並行計算

10.4.3MPP HYBRID並行計算

10.5SALE主要關鍵字

10.5.1*ALE_STRUCTURED_MESH

10.5.2*ALE_STRUCTURED_MESH_CONTROL_POINTS

10.5.3*ALE_STRUCTURED_MESH_MOTION

10.5.4*ALE_STRUCTURED_MESH_VOLUME_FILLING

10.5.5*ALE_STRUCTURED_FSI

10.5.6*ALE_STRUCTURED_MESH_REFINE

10.5.7*ALE_STRUCTURED_MESH_TRIM

10.6SALE邊界條件定義

10.7炸藥定義

10.7.1炸藥的TNT當量折算方法

10.7.2起爆點定義關鍵字

10.8空氣中爆炸計算算例

10.8.1計算模型概況

10.8.2關鍵字文件講解

10.8.3數值計算結果

10.9參考文獻

第11章NVH、疲勞和頻域分析

11.1信號處理基礎

11.2關鍵字和結果數據處理

11.3模態分析

11.3.1模態分析關鍵字

11.3.2懸臂梁預應力模態分析算例

11.4頻率響應函數

11.4.1關鍵字和後處理

11.4.2平板頻響函數分析算例

11.5穩態振動

11.5.1關鍵字和後處理

11.5.2平板強迫振動分析

11.5.3等效輻射功率計算

11.聲學

11.6.1聲學計算基礎

11.6.聲學計算公式和方法

11.6.3關鍵字和後處理

11.6.4平板振動噪聲計算算例

11.6.5遠場水下爆炸聲固耦合計算

11.聲學

11.7.1關鍵字和後處理

11.7.2簡化汽車車腔聲學計算算例

11.8隨機振動

11.8.1關鍵字和後處理

11.8.2壓力作用下平板隨機振動計算算例

11.9隨機振動疲勞

11.9.1如何定義SN曲線

11.9.2米勒線性累積疲勞理論

11.9.3疲勞分析方法

11.9.4關鍵字和後處理

11.9.5鋁板疲勞分析算例

11.10時域疲勞

11.10.1關鍵字和後處理

11.10.2基於應力的時域疲勞分析算例

11.10.3基於應變的時域疲勞分析

11.11響應譜分析

11.11.1輸入響應譜

11.11.2響應譜分析理論基礎

11.11.3振型組合方法

11.11.4關鍵字和後處理

11.11.5高層建築框架結構響應譜分析算例

11.12統計能量分析法

11.13參考文獻

第12章SPH法

12.1SPH法簡介

12.2SPH近似算法

12.3核函數

12.4相關關鍵字

12.5時間步長

12.6人工黏性

12.7活動粒子和不活動粒子

12.8材料模型和狀態方程

12.9邊界條件

12.10SPH熱學計算

12.11SPH與其他Part的作用

12.12SPH粒子生成和顯示

12.12.1SPH粒子生成

12.12.2SPH粒子顯示

12.13容器內水流計算算例

12.13.1計算模型概況

12.13.2關鍵字文件講解

12.13.3數值計算結果

12.14參考文獻

第13章EFG算法

13.1EFG算法簡介

13.2*SECTION_SOLID_EFG

13.3通用無網格法和熵近似函數法

13.4EFG三維自適應網格重分

13.5金屬鍛造計算算例

13.5.1計算模型概況

13.5.2關鍵字文件講解

13.5.3數值計算結果

13.6參考文獻

第14章SPG算法

14.1SPG算法基本理論

14.2主要關鍵字

14.2.1*SECTION_SOLID_SPG

14.2.2*CONSTRAINED_IMMERSED_IN_SPG

14.3傳熱分析

14.4雙重尺度計算

14.5SPG粒子顯示

14.6三點彎曲計算算例

14.6.1計算模型概況

14.6.2關鍵字文件講解

14.6.3數值計算結果

14.7參考文獻

第15法

15.1DES基礎

15.1.1D受力

15.1.2DES計算流程

15.1.3DES鍵接模型

15.2DES粒子生成

15.3主要關鍵字

15.3.1*CONTROL_DISCRETE_ELEMENT_{OPTION}

15.3.2*DEFINE_DE_BOND

15.3.3*DEFINE_DE_INJECTION_{OPTION}

15.3.4*DEFINE_DE_TO_SURFACE_COUPLING

15.3.5*ELEMENT_DISCRETE_SPHERE_{OPTION}

15.塊體運動計算算例

15.4.1計算模型概況

15.4.2關鍵字文件講解

15.4.3數值計算結果

15.5參考文獻

第16章近場動力學方法

16.1近場動力學方法簡介

16.2主要關鍵字

16.2.1*SECTION_SOLID_PERI

16.2.2*MAT_ELASTIC_PERI

16.2.3定義層壓復合材料的PD關鍵字

16.3復合材料平板拉伸計算算例

16.3.1計算模型概況

16.3.2關鍵字文件講解

16.3.3數值計算結果

16.4參考文獻

第17章CESE算法

17.1CESE算法簡介

17.2CESE主要應用

17.3CESE流固耦合

17.4CESE算例建模計算流程

17.5CESE主要關鍵字

17.5.1*CESE_BOUNDARY_AXISYMMETRIC

17.5.2*CESE_BOUNDARY_NON_REFLECTIVE_OPTION

17.5.3*CESE_BOUNDARY_PRESCRIBED_OPTION

17.5.4*CESE_CONTROL_LIMITER

17.5.5*CESE_CONTROL_MESH_MOV

17.5.6*CESE_CONTROL_SOLVER

17.5.7*CESE_CONTROL_TIMESTEP

17.5.8*CESE_DATABASE_ELOUT

17.5.9*CESE_DATABASE_FSIDRAG

17.5.10*CESE_DRAG

17.5.11*CESE_EOS_IDEAL_GAS

17.5.12*CESE_FSI_EXCLUDE

17.5.13*CESE_INITIAL

17.5.14*CESE_INITIAL_CHEMISTRY

17.5.15*CESE_INITIAL_OPTION

17.5.16*CESE_MAT_000

17.5.17*CESE_MAT_001(_GAS)

17.5.18*CESE_PART

17.5.19*MESH_VOLUME_PART

17.6化學反應流子模塊

17.6.1化學反應流子模塊介紹

17.6.2主要關鍵字

17.7隨機顆粒流子模塊

17.7.1隨機顆粒流子模塊介紹

17.7.2主要關鍵字

17.8DUALCESE算法

17.9氣炮發射彈丸計算算例

17.9.1計算模型概況

17.9.2關鍵字文件講解

17.9.3數值計算結果

17.10參考文獻

第18章ICFD算法

18.1ICFD網格自動生成

18.2水平集方法

18.3流固耦合

18.4邊界條件

18.4.1周期性邊界條件

18.4.2滑移網格邊界條件

18.5穩態解與多物理場耦合快速計算方法

18.6沉浸界面

18.7ICFD算例建模計算流程

18.8主要關鍵字

18.8.1*ICFD_BOUNDARY_CONJ_HEAT

18.8.2*ICFD_BOUNDARY_FREESLIP

18.8.3*ICFD_BOUNDARY_FSI

18.8.4*ICFD_BOUNDARY_FSI_EXCLUDE

18.8.5*ICFD_BOUNDARY_GROUND

18.8.6*ICFD_BOUNDARY_NONSLIP

18.8.7*ICFD_BOUNDARY_PRESCRIBED_PRE

18.8.8*ICFD_BOUNDARY_PRESCRIBED_TEMP

18.8.9*ICFD_BOUNDARY_PRESCRIBED_VEL

18.8.10*ICFD_CONTROL_CONJ

18.8.11*ICFD_CONTROL_DEM_COUPLING

18.8.12*ICFD_CONTROL_FSI

18.8.13*ICFD_CONTROL_GENERAL

18.8.14*ICFD_CONTROL_MESH

18.8.15*ICFD_CONTROL_TIME

18.8.16*ICFD_DATABASE_DRAG_{OPTION}

18.8.17*ICFD_INITIAL

18.8.18*ICFD_INITIAL_LEVELSET

18.8.19*ICFD_INITIAL_TURBULENCE

18.8.20*ICFD_MAT

18.8.21*ICFD_MODEL_NONNEWT

18.8.22*ICFD_PART

18.8.23*ICFD_PART_VOL

18.8.24*ICFD_SECTION

18.8.25*MESH_BL

18.8.26*MESH_EMBEDSHELL

18.8.27*MESH_INTERF

18.8.28*MESH_SURFACE_ELEMENT

18.8.29*MESH_SURFACE_NODE

18.8.30*MESH_VOLUME

18.9潰壩計算算例

18.9.1計算模型概況

18.9.2關鍵字文件講解

18.9.3數值計算結果

18.10參考文獻

第19章電磁場求解器

19.1電磁場求解器的特點

19.2渦流計算模塊

19.3感應加熱計算模塊

19.4電阻加熱計算模塊

19.5其他特性

19.6主要關鍵字

19.6.1*EM_2DAXI

19.6.2*EM_CIRCUIT

19.6.3*EM_CIRCUIT_ROGO

19.6.4*EM_CONTROL

19.6.5*EM_SOLVER_BEM

19.6.6*EM_SOLVER_FEM

19.7電池內部短路計算算例

19.7.1計算模型概況

19.7.2關鍵字文件講解

19.7.3數值計算結果

19.8參考文獻

第20章其他算法

20.1二次拉格朗日

20.2

20.2.1介紹

20.2.2建模

20.3同幾何分析

20.3.1基於NURBS的同幾何分析概念

20.3.2薄壁方管穩態振動分析算例

20.4微粒法

20.5參考文獻

第21章LSDYNA二次開發

21.1原有的二次開發環境及應用

21.2新的二次開發環境

21.2.1用戶子程序

21.2.2用戶子程序的編譯和鏈接

21.2.3用戶子程序的動態鏈接庫的調用

21.2.4二次開發的其他新增功能

21.3材料模型的二次開發過程

21.3.1線彈性材料模型

21.3.2LSDYNA用戶子程序開發和調試

21.3.3材料模型的驗證

21.3.4關鍵字輸入文件

21.4用戶關鍵字的二次開發

21.4.1模型自動建模

21.4.2材料參數的自動轉換

21.5參考文獻

第22章LSOPT優化設計、參數辨識和概率分析

22.1軟件功能簡介

22.2主要術語

22.3尺寸優化算例

22.3.1優化模型概況

22.3.2優化建模

22.3.3優化結果

22.4材料參數識別算例

22.4.1優化模型概況

22.4.2優化建模

22.4.3優化結果

22.5參考文獻

第23章LSTaSC拓撲優化和形狀優化

23.1軟件功能介紹

23.1.1基本功能

23.1.2拓撲優化

23.1.3自由表面形狀優化

23.1.4軟件使用

23.2主要術語

23.3用戶界面

23.4拓撲優化算例

23.4.1優化模型概況

23.4.2優化建模

23.4.3優化結果

23.5參考文獻

本書主要涉及ANSYS LST公司的4款主打軟件：LSPrePost、LSDYNA、LSOPT和LSTaSC。相應地，本書按軟件分為四部分。部分介紹了LSPrePost軟件前處理建模和計算結果後處理功能。第二部分為LSDYNA使用指南，以LSDYNA中各類算法為主線，介紹不同算法的基本原理、優缺點、應用範圍、新增算法的主要關鍵字，並給出了相關計算算例，以夯實讀者對算法的理解。在後兩部分，作者簡要介紹了LSDYNA聯合LSOPT、LSTaSC軟件進行優化分析的方法和算例。本書融合了4款流行的數值計算軟件，本書集建模、後處理、分析和優化於一體，是一本集理論、經驗、工程實踐之大成的培訓、學習教材，具有一定的深度和廣度。本書非常適合於：
 LSPrePost用戶的初級、中級和二次開發培訓。
 具有一定LSDYNA使用經驗的LSDYNA用戶的中、高級培訓及教研。
 LSOPT和LSTaSC用戶的入門培訓。
第1章簡要介紹了求解微分方程的常用數值計算方法、數值計算軟件以及前後處理軟件。
第2章介紹了LSPrePost軟件的基本功能和用戶界面。
第3、4、5章分別介紹了LSPrePost軟件的幾何建模建模和結果後處理功能，並給出了帶有詳細操作步驟的相關前處理和後處理實例。
第6章詳細講解了LSPrePost軟件的命令流和基於SCL、LSReader等進行二次開發的方法。
第7章內容為LSDYNA入門基礎知識，簡要介紹了軟件起源、基本功能、應用領域、關鍵字輸入數據格式、常用的資源網站等。
拉格朗日算法是LSDYNA的基本的算法，第8章介紹了3種基於LSPrePost建模的拉格朗日算法計算算例：小球撞擊平板、氣囊展開、S型管件撞擊剛性牆。
第9章給出了LSDYNA原有ALE算法、流固耦合算法以及水中爆炸計算算例的講解。

SALE方法更適合處理大規模計算問題，第10章著重討論了SALE計算方法的優點、並行計算、主要關鍵字、邊界條件設置，後給出了空氣中爆炸算例。
NVH、振動和疲勞計算是LSDYNA軟件的新增功能，第11章用大篇幅詳細闡述了模態分析、頻響函數、穩態振動、隨機振動聲學聲學、疲勞分析和響應譜分析。
第12章包含SPH算法的特點、近似算法、核函數以及與其他算法的耦合等內容。
第13章講解了EFG及其網格重構算法。
SPG算法是LSDYNA軟件獨有的功能，第14章給出了其使用方法和三點彎曲計算算例。

第15、16章分別介紹法和近場動力學方法。
CESE算法也是LSDYNA軟件的新增功能，第17章詳細介紹了CESE算法的功能、特點、相關關鍵字和應用算例，並簡要介紹了加入的DUALCESE算法。
第18、19章全面介紹了ICFD算法和電磁場求解器的功能、特點、相關關鍵字和應用算例。
第20章簡要介紹了LSDYNA軟件的其他算法，如二次拉格、、微粒法、同幾何分析等。
第21章詳細介紹了LSDYNA軟件新的二次開發環境，包括材料模型、自動內建模型、材料參數自動轉換等功能的開發，可幫助用戶擴展LSDYNA材料模型，實現建模自動化。
第22章介紹了LSOPT軟件的功能特點以及與LSDYNA軟件聯合進行尺寸優化的算例。
第23章內容涉及LSTaSC軟件的功能特點以及與LSDYNA軟件聯合進行拓撲優化的算例。
這4款功能強大的軟件是原LSTC公司和現ANSYS LST公司多位開發者及用戶集體智慧的結晶，本書彙集了這些技術專家的成果。首先，特別感謝美國工程院院士、原LSTC公司的創始人和總裁John O. Hallquist博士，他領域受人尊敬的專家之一，本書涉及的LSDYNA、LSPrePost、LSOPT和LSTaSC軟件均來自他的研發團隊。

本書編寫過程中參考了一些關於以上軟件的公開技術資料。ANSYS LST公司的黃雲博士、趙艷華女士、Philip Ho、陳皓博士、吳有纔博士、韓志東博士、任波博士、崔喆博士、易桂蓮博士、葉益盛博士、朱新海博士、張增產博士、Iaki、李麗萍博士等在公開資料使用方面給予了大力支持，每章後面所列參考論文、報告、用戶手冊以及很多計算算例大都來自上述軟件開發者，這些公開的參考資料是本書寫作的基礎，對本書的撰寫起了極其重要的作用！此外，本書作者還多次參加了他們主講的技術培訓
公開課程，從中受益匪淺。在此謹向上述原著者表示衷心感謝！

上海仿坤軟件科技有限公司的趙海鷗、馬亮、魯宏升博士、蘇敏女士、周少林、王強、袁志丹、張永召，大連富坤科技開發有限公司的何曦、於文會、何衛新、丁展博士、羅良峰、張勝，ETACHINA的黃曉忠、李生建、張春風，上海恆士達科技有限公司的費喜熙女士、陳永發，瑞典爆破研究中心的易長平博士，澳汰爾工程軟件(上海)有限公司的焦金龍、王瑞龍，北京理工大學重慶創新中心的王騰騰女士，安世亞太科技股份有限公司的王慶燕女士，奧雅納工程咨詢(上海)有限公司的鮑照等也為本書的
編寫和作者能力的提升提供了很多幫助，在此向他們表示深深的謝意！

為了方便讀者親自實現書中的實例，我們將書中所出現的源代碼提供給讀者。由於圖書是單色印刷的，而書中許多圖是彩色的，所以，印刷出來的圖不能很好地反映出這些圖的原貌。另外，受圖書的開本大小的限制，對一些圖作了縮小處理，使得其中的文字或線條有些模糊不清。為此，我們將書中的原圖放在此文件中，供讀者查閱。
由於作者水平有限，本書難免存在不當之處，歡迎廣大讀者和同行專家批評和指正。

作者謹識2020年12月於北高地