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LS-DYNA R6.1.2冲压仿真领域评测
LS-DYNA 是世界上最著名的通用显式动力分析程序，能够模拟真实世界的各种复杂问题，特别适合求解各种二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成型等非线性动力冲击问题，同时可以求解传热、流体及流固耦合问题。在工程应用领域被广泛认可为最佳的分析软件包。与实验的无数次对比证实了其计算的可靠性。截止到目前为止的最新版本是2014年1月份推出LS971_R6.1.2版本。
LS-DYNA程序是功能齐全的几何非线性（大位移、大转动和大应变）、材料非线性（140多种材料动态模型）和接触非线性（50多种）程序。它以Lagrange算法为主，兼有ALE和Euler算法；以显式求解为主，兼有隐式求解功能；以结构分析为主，兼有热分析、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（如动力分析前的预应力计算和薄板冲压成型后的回弹计算）；军用和民用相结合的通用结构分析非线性有限元程序。
目前在冲压仿真方面以LS-DYNA为主要求解器的软件有：DynaForm、JSTAMP、Hyperform等；其中DynaForm为其冲压领域的主要的合作开发商；通过的实际应用证明，不同版本的LS-DYNA求解器在分析时间、分析结果质量上有重大的差异，甚至某些版本都不能得到正常的计算出正确的结果（如LS971_R4.x.x系列的某些版本），为了保证冲压仿真分析的结果的可靠性，就有必要对求解器的速度、稳定性等有全面的了解，在下文中，笔者使用软件自带的例子以及NUMISHEET 2005年大会中的算例，对冲压仿真领域相关的重力、拉延、回弹等常用的功能进行综合评比测试，以对比各个版本的求解器(R3.2.1/R5.1.1/R6.1.2/R7.0.1)之间的差异，以便于实际的工作和应用；
备注：由于LS071_R4.X.X系列的求解器在重力及回弹等领域存在重大缺陷，所以此次不予以评测该版本；
LS-DYNA软件组成分类及支持平台简介：LS-DYNA支持目前主要各大主流的操作系统，WINDOWS、LINUX、UNIX等三大平台都能支持。
LS-DYNA支持的LINUX平台的操作系统如下图所示：
支持的NUIX平台的操作系统如下图所示：
支持的Windows平台的操作系统如下图所示：
支持2000/XP/VISTA/WIN7/WIN8的Win32和Win64版本的windows系统；
LS-DYNA软件的分类：
LS-DYNA软件从计算方式上分为SMP、MPP、HYBRID等三大类；
SMP版本主要为在一台运算服务器上，支持多个CPU进行并行运算，
MPP版本指使用多台相同系统的运算服务器进行联合仿真分析，
LINUX和UNIX操作系统还有HYBRID方式的，指的是不同操作系统平台的联合分析；
对于大多数企业及用户来说，一般都是使用WINDOWS平台的版本，所以下面重点介绍一下WINDOWKS平台的版本，如下图所示：
对于一般的冲压分析，使用SMP版本的LS-DYNA就足以满足要求了，因为冲压仿真使用的是壳单元类型，对于计算资源的要求较低；目前主流的工作站或服务器一般都是双CPU，8核，16线程，相当于16个CPU；对于冲压仿真即使是网格数目比较多的汽车覆盖件类的计算，这个硬件资源足够了，
SMP版本的LS-DYAN还分Win32位和Win64位版本，其中Win32位版本可以在WIN32和WIN64操作系统上运行，Win64位的LS-DYNA只能在Win64位操作系统上运行；
SMP版本的LS-DYNA还分单精度与双精度，这个根据不同类型的计算进行有选择的使用，总的来说双精度的计算更精确但是计算时间也会加长；
测试环境
前后处理软件：使用DynaForm5.9.1_X64；
操作系统：Windows7_64_SP1 中文旗舰版；
内存：8G ；
CUP： I7 Q620M；
使用CPU个数：单核双线程（相当于2个CPU）；
测试案例：S梁、Fender、NUMISHEET 2005 BM2；
测试1：LS-DYNA 32位和64位测试
测试使用案例：S梁
32位的LS-DYNA可以在Win32和Win64操作系统上运行，而64位的LS-DYNA只能运行在win64位的操作系统上，对于安装64位Windows系统的用户,可以同时使用32位和64位的LS-DYNA，所以下面就这两者之间做一个对比测试不同位数的求解器的差异；
笔者使用S梁为例，在DynaForm中生成同一个DYN文件（主要为拉延），然后用32位的LS-DYNA和64位的LS-DYNA R6.1.1进行运算，记录运算的时间以及厚度。
| LS-DYNA |
计算时间 |
厚度（mm） |
备注 |
LS-DYNA R6.1.1_X32 |
13 min. 07 sec |
0.831-1.035 |
单精度 |
LS-DYNA R6.1.1_X32 |
24 min. 38 sec |
0.831-1.035 |
双精度 |
LS-DYNA R6.1.1_X64 |
11 min. 27 sec |
0.831-1.035 |
单精度 |
LS-DYNA R6.1.1_X64 |
15 min. 30 sec |
0.831-1.035 |
双精度 |
通过以上统计表格可以看出：
A：64位的LS-DYNA比32位的计算效率要高。
从计算结果看，64位LS-DYNA求解器比32位的更快一些，而在一些需要大内存（比如需要到4G以上的计算内存）的计算中，受限于内存的取值范围，此时必须使用64位版本的LS-DYNA的求解器;
B：进行普通的拉延计算时，使用单精度的LS-DYNA即可；
从计算结果看，在进行普通的拉延计算时，单精度和双精度几乎没有差别；而从计算时间看，单精度比双精度效率高不少，最少也有40%左右；
C：最好使用64位的求解器
64位双精度计算时间比32位的效率高75%左右；而64位软件的内存方面的天然优势是32位软件（单个计算序列最大使用内存不超过1G，总序列不少过2G）无法比拟的，所以如果是进行重力、回弹等双精度计算，最好采用64位的LS-DYNA;
测试2：重力测试测试使用案例: Fender
使用DynaForm默认自带的Fender例子，就是安装目录手册里面自带的Application_Manual_Traning_Models里面CASE1例题；材料为：SUS304，分别对比隐式、隐式（动力）、显示（动力松弛）3种不同的计算方式，结果统计为计算时间、位移、有效性；重力计算默认使用双精度求解器进行。
| 计算时间 |
隐式 |
隐式（动力） |
显示（动力松弛） |
LS971_R3.2.1 |
1 min. 50 sec |
20 min. 0 sec |
57 min. 27 sec |
LS971_R5.1.1 |
1 min. 30 sec |
4 min. 29 sec |
47 min. 16 sec |
LS971_R6.1.1 |
40 sec |
3 min. 55 sec |
52 min. 40 sec. |
LS971_R6.1.2 |
43 sec |
2 min. 37 sec |
31 min. 37 sec |
LS971_R7.0.1 |
54 sec |
2 min. 38 sec |
35 min. 17 sec. |
最大位移 |
隐式 |
隐式（动力） |
显示（动力松弛） |
LS971_R3.2.1 |
65.579mm |
80.189mm |
64.899mm |
LS971_R5.1.1 |
69.382mm |
82.595mm |
64.955mm |
LS971_R6.1.1 |
71.145mm |
86.820mm |
64.944mm |
LS971_R6.1.2 |
71.145mm |
84.207mm |
64.953mm |
LS971_R7.0.1 |
69.289mm |
83.074mm |
64.856mm |
从上面的统计表格可以看出：
A：隐式计算效率比显示计算效率要高
从上面的统计数据可以看出，无论是隐式还是隐式动力都比显示的计算速度快很多，所以重力模拟一般采用隐式计算方式；
B：在隐式计算上，LS971R6.1.X系列计算速度最快；
LS971_R6.1.X 对比以前的LS971_R3.2.1&LS971_R5.1.1版本，在隐式计算效率上，有了明显的大幅提升，LS971_R6.1.2比LS971_R6.1.1在隐式动力和显示计算方法上有了大幅的提升，但是仍然与隐式就巨大差异无论是计算结果还是计算效率。；
C:：显式计算有大幅改进，
LS971_R7系列的求解器还没有正式发布，LS971_R6.1.2对比 LS971_R7.0.1，可以发现，两者的计算效率几乎一致，可以认为LS971_R6.1.2使用了最新的计算方法；
D:从综合结果看，不推荐隐式（动力）方式进行重力的计算；
从统计数据看，隐式（动力）的计算结果与其他的计算方式差异较大，所以不推荐此种计算方式，除非是隐式没法完成也予以考虑；
测试3：拉延测试
测试使用案例: NUMISHEET 200:5 BM2
测试过程简介：
使用DynaForm5.9.1进行前处理，并分别输出R5.X和R3.X两个系列的DYN文件，然后分别使用LS971_R3.2.1/LS971_R5.1.1/LS971_R6.1.1/LS971_R6.1.2/LS971_R7.0.1进行计算；
求解时，使用上图所示一半的坯料进行运算；
使用相同的后处理软件打开结果文件；
FLD结果
| LS-DYNA |
精度 |
FLD图像 |
LS971_R3.2.1 |
单精度 |
|
LS971_R5.1.1 |
单精度 |
|
LS971_R6.1.1 |
单精度 |
|
LS971_R6.1.2 |
单精度 |
|
LS971_R7.0.1 |
单精度 |
|
备注：使用同一个版本的后处理软件打开各个版本的分析结果，使用同样的FLC曲线进行评判；
|
||
厚度结果
| LS-DYNA |
精度 |
FLD图像 |
LS971_R3.2.1 |
单精度 |
|
LS971_R5.1.1 |
单精度 |
|
LS971_R6.1.1 |
单精度 |
|
LS971_R6.1.2 |
单精度 |
|
LS971_R7.0.1 |
单精度 |
|
备注：使用同一个版本的后处理软件打开各个版本的厚度分析结果；
|
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主应变结果
| LS-DYNA |
精度 |
FLD图像 |
LS971_R3.2.1 |
单精度 |
|
LS971_R5.1.1 |
单精度 |
|
LS971_R6.1.1 |
单精度 |
|
LS971_R6.1.1 |
单精度 |
|
LS971_R7.0.1 |
单精度 |
|
备注：
|
||
结果综合对比：不同版本、计算时间、厚度等；
| LS-DYNA |
精度 |
计算时间 |
最终网格数目 |
厚度范围(mm) |
边界位移(mm) |
LS971_R3.2.1 |
单精度 |
127min |
55882 |
1.288-1.676 |
72.33 |
LS971_R5.1.1 |
单精度 |
189min |
56071 |
1.304-1.674 |
72.83 |
LS971_R6.1.1 |
单精度 |
153min |
59179 |
1.298-1.751 |
72.40 |
LS971_R6.1.2 |
单精度 |
144min |
59152 |
1.299-1.751 |
72.40 |
LS971_R7.0.1 |
单精度 |
150min |
59164 |
1.298-1.751 |
72.40 |
备注 |
|
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从以上的结果以及统计表格可以看出：
A：进行拉延计算时，LS971_R3.2.1系列的求解器仍然是最快的；
LS971_R6.1.2求解效率比LS971_R6.1.1略有提升，LS971_R7.0.1求解器在拉延计算上基本LS971_R6.1.1完全一致，无论计算时间和计算结果都基本没有差异，但是计算效率与LS971_R3.2.1还有一定差距；但LS971_R5.1.1系列的求解器与LS971_R3.2.1系列相比较有较大差距（计算效率大约差56%左右）；
B：LS971_R7.0.1和LS971_R6.1.X的求解器在冲压领域有较大的技术更新；
LS971_R7.0.1&LS971_R6.1.X系列网格数目明显增多，说明在自适应过程有了变化；
LS971_R7.0.1&LS971_R6.1.X厚度的计算结果较LS971_R3.2.1和LS971_R5.1.1有明显的变化，（分布趋势细节变化很多）和PAM-STAMP及AUTOFORM的趋势更接近了；
LS971_R7.0.1&LS971_R6.1.1计算效率虽然更不能和LS971_R3.2.1相媲美，但是与LS971_R5.1.1相比也有明显的提升；
C:LS971_R7.0.1拉延计算与LS971_R6.1.X基本一致，没有明显的改进，应该是继承过来的；
测试4：回弹测试测试使用案例: NUMISHEET 2005BM2
| LS-DYNA |
计算类型 |
计算时间 |
Z方向回弹位移 |
是否正常终止 |
|
LS971_R3.2.1 |
点约束&多步 |
275sec |
9.043mm |
切边正常，回弹正常 |
|
LS971_R5.1.1 |
点约束&多步 |
245sec |
8.302mm |
切边正常，回弹正常 |
|
LS971_R6.1.1 |
点约束&多步 |
234sec |
7.925mm |
切边正常，回弹正常 |
|
LS971_R6.1.2 |
点约束&多步 |
240sec |
8.105mm |
切边正常，回弹正常 |
|
LS971_R7.0.11 |
点约束&多步 |
262sec |
7.936mm |
切边正常，回弹正常 |
|
LS971_R3.2.1 |
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备注：此例子在测试3基础之上，无缝计算得出的；使用同一个前处理文件，输出R3.X和R5.X的DYN文件进行计算，所有初始条件一致；使用同样的计算机硬件资源； |
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LS971_R5.1.1 |
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LS971_R6.1.1 |
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LS971_R6.1.2 |
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LS971_R7.0.1 |
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从以上5个测试可以发现，在回弹方面，LS971_R7.0..1系列的LS-DYNA回弹方面的计算效率比LS971_R6.1.1相比，时间略有增加，已经此功能有改进，隐式重力与回弹结果表明，LS-DYNA求解器隐式计算方面正在不断加强；而计算结果也更趋向于主流软件的计算结果；
LS971_R6.1.2在回弹计算结果与LS971_R6.1.1有差异，但是不大，说明其隐式算法还是有改进的。
总结：
从以上5组计算测试例子的结果看出：
如果只是普通的拉延计算，LS971_R3.2.1系列的求解器仍然可以作为首选的求解器，此版本的求解器有种“宝刀不老”的感觉；
如果是需要进行重力、回弹等的运算，建议使用目前最成熟的LS971_R6.1.2，因为无论是计算效率角度还是从一些最新技术（如物理点约束等）应用角度，LS971_R6.1.2版本都是最优的；
综合来说， LS971_R6.1.2系列的求解器的可以认为是到目前为止LS-DYNA系列版本最佳版本,而且最新版的DYNAFORM5.9.1的求解器也是LS971_R6.1.X系列，LS971_R7.0.1求解器目前为止都没有正式的发布，所以建议等更稳定的版本再升级使用。
备注：LS971_R6.0.0有小BUG，不建议使用。
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