2. LS-DYNA软件环境与工作流程

LS-DYNA 的显式动力学求解能力并不依赖某个统一的图形界面，而是由“关键字输入文件 + 求解器 + 前后处理器”三部分协作完成。理解这一分工，是后续所有建模与调试工作的前提。本节围绕软件界面、关键字文件结构、前后处理器选择、求解器调用方式，以及一个最小可运行案例的完整操作流程展开。

一、软件构成与界面分工

LS-DYNA 的核心是求解器可执行程序（如 ls-dyna_smp_d_R11_1_winx64_ifort131.exe 或 Linux 下的 ls-dyna_smp_d），它只读取关键字文件、输出结果文件，本身没有建模界面。用户日常接触的“界面”通常来自前后处理器：

• LS-PrePost：LSTC/Ansys 官方免费工具，可建模、编辑关键字、提交求解、查看 d3plot 结果，是学习阶段的首选。
• ANSYS Workbench / LS-DYNA ACT：在 Workbench 中通过 ACT 插件生成关键字，适合与 ANSYS 前处理体系配合。
• HyperMesh + HyperView：Altair 体系，网格划分与关键字导出能力强，工程界使用广泛。
• LS-DYNA keyword 文本编辑：任何文本编辑器都可直接修改关键字，是排错与精细控制的关键手段。

无论使用哪种前处理器，最终交付给求解器的都是一份 *.k（或 *.key）关键字文件。前处理器只是“生成器”，求解器只认关键字。

二、关键字输入文件结构

LS-DYNA 关键字文件由若干“关键字块”组成，每个块以 * 开头，块内数据按固定字段格式书写。一个典型的最小文件包含以下块：

*KEYWORD
*TITLE
Minimal LS-DYNA example
*CONTROL_TERMINATION
$  ENDTIM  ENDCYC  DTMIN  ENDENG  ENDMAS
   0.001
*CONTROL_TIMESTEP
$  DTINIT  TSSFAC  ISDO
   0.0     0.9
*DATABASE_BINARY_D3PLOT
$  DT/CYCL  LCDT   BEAM   NPLTC
   2.0E-5
*PART
Part 1 - solid block
         1         1         1
*SECTION_SOLID
         1         1
*MAT_ELASTIC
         1  7.85E-9  2.10E5   0.30
*NODE
       1  0.0  0.0  0.0
       2  1.0  0.0  0.0
       ...
*ELEMENT_SOLID
       1   1   1   2   3   4   5   6   7   8
*SET_NODE_LIST_TITLE
Fixed nodes
         1
       1
*BOUNDARY_SPC_SET
         1         0         1         1         1
*END

关键字块大致分为几类：控制类（*CONTROL_*，如终止时间、时间步、沙漏控制）、数据库类（*DATABASE_*，控制 d3plot、glstat、matsum 等输出）、模型类（*NODE、*ELEMENT_*、*PART、*SECTION_*、*MAT_*）、边界与载荷类（*BOUNDARY_*、*LOAD_*、*INITIAL_*）。文件必须以 *END 结束，否则求解器会报错。

字段格式上，LS-DYNA 采用固定列宽（通常每字段 10 字符），但现代版本也支持逗号分隔。建议初学者使用 LS-PrePost 的“Keyword Editor”查看每个关键字的字段含义，避免手工对齐出错。

三、前后处理器选择建议

选择前处理器主要看三点：网格能力、关键字覆盖度、结果后处理便利性。若只做简单教学案例，LS-PrePost 足够：它自带几何创建、网格划分、关键字编辑、求解提交和 d3plot 查看，且完全免费。若模型来自 CAD 且需要复杂六面体网格，HyperMesh 或 ANSYS Meshing 更合适。若团队已使用 ANSYS 体系，Workbench + LS-DYNA ACT 能保持参数化流程。后处理方面，LS-PrePost 对 d3plot 的支持最直接，HyperView 在云图和动画方面更流畅。

四、求解器调用方式

求解器调用本质是命令行执行。Windows 下可在 CMD 或 LS-PrePost 的“Solve”菜单中提交：

ls-dyna_smp_d_R11_1_winx64_ifort131.exe i=block.k o=block.out memory=200m ncpu=4

Linux 下类似：

ls-dyna_smp_d i=block.k o=block.out memory=200m ncpu=4

常用参数：i= 指定输入关键字文件，o= 指定输出日志，memory= 指定内存，ncpu= 指定 SMP 线程数。求解过程中可查看 block.out 和 d3hsp 判断是否正常推进。若出现“negative volume”“node out-of-range”等错误，需回到关键字检查网格与边界。

五、最小可运行案例操作流程

下面以一个 10 mm × 10 mm × 10 mm 的弹性立方体为例，单位制采用 mm-ton-s-N-MPa，密度 7.85e-9 ton/mm³，弹性模量 2.1e5 MPa，泊松比 0.3。底面节点全约束，顶面施加 0.001 s 的初始速度或短时压力，观察应力波传播。

1. 打开 LS-PrePost，选择 File → New，在 Model → Create → Block 中创建 10×10×10 的实体，划分 2 mm 六面体网格，得到约 125 个单元。
2. 在 Model → Boundary → Create → SPC 中选中 z=0 的节点，约束 1~3 自由度。
3. 在 Model → Initial → Velocity 中给 z=10 的节点施加 z 向初速度，例如 1000 mm/s。
4. 在 Model → Material → Elastic 中定义材料：密度 7.85e-9，E=2.1e5，ν=0.3，并赋给 Part。
5. 在 Model → Control → Termination 中设置 ENDTIM=0.001 s；在 Database → Binary → D3PLOT 中设置输出间隔 2e-5 s。
6. 点击 Solve → Submit，选择求解器路径，生成 block.k 并运行。观察 block.out 中时间步是否稳定，若时间步过小可检查最小单元尺寸。
7. 求解完成后，在 LS-PrePost 中打开 d3plot，用 Fringe → von Mises 查看应力云图，用 History → Nodal 提取顶面节点 z 向位移，判断波是否在 0.001 s 内到达底面并反射。