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有限元資訊參加者

2013 第五期(雙月刊)

有限元資訊

主辦：美國 FEAINFORMATION.com

中國 LS-DYNA 用戶大會

中國 LS-DYNA 用戶大會優秀論文 :

基於超級計算平臺的 LS-DYNA 綜合應用

LS-DYNA 在空調換熱器無模彎曲成型模擬中的應用

DES 顆粒生成及渲染技術在 LS-PREPOST 中的應用

2013 第一屆中國 LS-DYNA 用戶大會成功舉辦中國大連 2013.10.16-18


有限元資訊 2013 第五期 (雙月刊) - 1 -


迪艾工程技術軟體(上海)有限公司 (ETA)

奧雅納工程諮詢(上海)有限公司 (ARUP 中國)

上海恒士達科技有限公司 (HengStar)

大連富坤科技開發有限公司(Dalian Fukun)

勢流科技股份有限公司 ( Flotrend Corp.)

愛發股份有公司 (APIC)

FEA-INFORMATION 中文版《有限元資訊》的主要內容包括：LS－DYNA 最新發展動態，LS－DYNA 功能系列化介紹，LS－DYNA 應用實例交流，中國及華人地區 FEA 活動及年會資訊，LS－DYNA 中國及華人地區銷售和代理商介紹，LS－DYNA 培訓課程內容介紹及代理商培訓計畫等。期刊為雙月刊，每雙月份第四周發刊。

衷心期望本期刊能夠得到大家的關心和支援，並歡迎大家踴躍提供稿件和建議。

本期刊是電子版，免費發行。通過電子郵件訂閱。

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主辦：美國 FEAINFORMATION.com 編輯：Marsha Victory, 趙豔華/Yanhua Zhao 特邀編輯：蘇敏/Grace Su

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目錄


*本刊所刊載資料，除特別注明出處外，其餘所有資料，本刊均保留所有權，任何機構或個人，

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刊有任何問題，請與編輯 Yanhua Zhao 聯繫。 Email: [email protected]

目錄

有限元資訊參加者 1

2013第一屆中國LS-DYNA用戶大會成功舉辦

LS-DYNA用戶大會演講嘉賓及其演講介紹

LS-DYNA用戶大會培訓課程

3

6

9

中國LS-DYNA用戶大會優秀論文

1. 基於超級計算平臺的LS-DYNA綜合應用

2. LS-DYNA在空調換熱器無模彎曲成型模擬中的應用

3. DES顆粒生成及渲染技術在LS-PREPOST中的應用

李根國, 丁峻宏, 王惠

陳梓榮，李大永，蔣祥榮

于文會，韓志東，何衛新，趙豔華

10

17

24

LS－DYNA 中國代理商

LS－DYNA 臺灣代理商 29

30

LS－DYNA 相關培訓課程介紹

1. 迪艾工程技術軟體(上海)有限公司LS-DYNA相關培訓(ETA)

2. 奧雅納工程諮詢(上海)有限公司LS-DYNA 相關培訓(ARUP)

3. 上海恒士達科技有限公司LS-DYNA相關培訓(HengStar)

4. 臺灣勢流科技LS-DYNA相關培訓(Flotrend)

5. 臺灣愛發股份有限公司LS-DYNA相關培訓(APIC)

31

32

33

34

35

中國FEA活動及年會資訊蘇敏/Grace Su 37

222013 第一屆中國 LS-DYNA 用戶大會


2013 第一屆中國 LS-DYNA 用戶大會成功舉辦

2013 1st China LS-DYNA Users’ Conference successfully held

2013 第一屆中國 LS-DYNA 用戶大會於 2013 年 10 月 16-18 日在大連成功舉辦，本次大會是

由美國 LSTC 和中國大連富坤科技有限公司主辦。大會得到了 LS-DYNA 中國代理商迪艾工程技術

軟體(上海)有限公司 (ETA)，奧雅納工程諮詢(上海)有限公司 (ARUP 中國)，上海恒士達科技有限

公司 (HengStar)和美國 FEA Information.inc 的贊助和大力支持。本次大會收到 77 篇論文和演講稿。

來自 7 個國家和地區共 197 人參會。在此代表主辦方對贊助商和所有參會人員表示衷心的感謝。

美國工程院院士、LSTC（LS-DYNA）創始人及總裁 Dr. John O.Hallquist 博士致開幕詞，對中

國 LS-DYNA 用戶的大力支持表示感謝，並介紹 LSTC 的主要軟體 LS-DYNA 及相關輔助軟體 LS-

PREPSOT，LS-OPT，有限元假人，壁障模型的開發宗旨，最新發展和遠景。大會邀請了上海交通

大學常務副校長林忠欽院士、清華大學周青教授，奇瑞汽車工程研究院總工程師吳沈榮博士，

德國 DYNAmore 公司聯合創始人兼董事總經理 Mr. Franz, Uli 分別對 LS-DYNA 在衝壓模擬、車身

輕量化，汽車碰撞類比和假人模型在歐洲汽車工業中的應用及發展做了詳細精彩的主題演講。

大會共設 LS-DYNA®汽車碰撞技術和應用，平行計算技術和應用，模擬技術和應用，材料模

型， EFG，頻域分析，流體及流固耦合應用，板料成形，隱式計算應用，氣囊，ALE 和 SPH 技

術和應用，優化設計，網格，前後處理技術和應用 8 個技術和應用專題。來自 50 多個企事業，

研究機構和大專院校的廣大用戶嘉賓參加會議並分享了 LS-DYNA 在各自研究領域的成功應用案

例和經驗，得到了充分交流和討論。共 65 人次在技術和應用專題分會場演講。

LSTC 派出 15 位專家參加本次大會，Dr. John O. Hallquist， Mr.Dilip Bhalsod，Mr. Philip Ho/何

衛新，Dr. Jason Wang /王季先， Dr. Xinhai Zhu/朱新海，Dr. Yun Huang/黃雲，Dr.Zengchan Zhang/

張增產 7 位專家在 18 日主會場全方位的介紹了 LS-DYNA 最新研究成果，應用領域和開發進展和

趨勢。LSTC 專家 14 人次在技術和應用專題分會演講，展示 LS-DYNA 的開發和應用。

大會前和後 LSTC 技術專家開設了 ALE/FSI / ALE 方法和流固耦合，LS-OPT Introduction / LS-

DYNA 優化設計，LS-DYNA® in Sheet Metal Stamping Simulation / LS-DYNA® 在板料成形過程模擬中

的應用，Passive Safety /被動安全和 LS-Prepost / LS-DYNA 前後處理 5 個 LS-DYNA 技術培訓課程。

共有 67 人參加了技術培訓並得到了由 LSTC 發給的技術培訓證書。



20LS-DYNA 用戶大會

主會場盛況

LS-DYNA 用戶大會

技術和應用專題分會場


主會場盛況

LS-DYNA 用戶大會

技術和應用專題分會場




精彩表演


晚宴




---演講嘉賓

Dr. John O. Hallquist,

美國工程院院士，LSTC 公司創始人和總裁。在有限元

計算業界, 他和他的團隊研發的 LS-DYNA 軟體令人矚目，

LS-DYNA 代表了非線性、顯式演算法領域極高的工程研究

和應用成就，Dr. John O. Hallquist 是有限元計算業界最

受人尊敬的專家之一。

1974 年于 Michigan Technological University 獲得

博士學位後，Hallquist 博士進入 Lawrence Livermore 國

家實驗室，承擔 DYNA 的研發工作。在他對顯式有限元方法

的一系列開創性工作，特別是成功地解決了接觸處理問題之後，DYNA 軟體開始被廣泛傳播並應用。1987

年，Hallquist 博士創立了 Livermore Software Technology Corporation (LSTC 公司)，並推出了

DYNA 的商業化版本 LS-DYNA®。秉承“一個軟體，多種應用(One code, multi-physics)” 的理念，成

功地將隱式計算，及許多其它功能引入 LS-DYNA®。現在，LS-DYNA®已經在汽車碰撞，製造，模具成形，

航空，生物工程等許多領域得到廣泛應用。基於他對以 DYNA 和之後的 LS-DYNA®為代表的顯式有限元方

法的傑出貢獻，他在 2007年當選為美國國家工程院院士。

Dr. John O.Hallquist 博士致開幕詞，對中國 LS-DYNA 用戶的大力支持表示感謝，並介紹

LSTC,LSTC 的主要軟體 LS-DYNA 及相關輔助軟體 LS-PREPSOT，LS-OPT，有限元假人，壁障模型的開發宗

旨，最新發展和遠景。

Professor Lin, Zhongqin 林忠欽

中國工程院院士，上海交通大學常務副校長，教授，

博士生導師。1982 年畢業于上海交通大學船舶工程專

業,1989 年在上海交通大學獲船舶結構力學博士學位。曾

任機械與動力工程學院常務副院長等職務。近 20 年來主要

從事“薄板產品製造與品質控制”，在汽車板精益成形技

術、轎車車身製造品質控制、薄板產品數位化封樣技術、

複雜產品數位化設計等方面取得重要的理論和技術突破，

研究成果在鋼鐵、汽車、機車、飛機和重大裝備等領域得

到廣泛應用。林教授和他的團隊長期使用 LS-DYNA，並積

累了豐富的經驗。

林忠欽教授演講的題目是:S-DYNA 在汽車板材成形技術中的典型應用。林忠欽教授給出了一場精

彩的演講。他的演講包括兩個部分：第一部分主要介紹中國工業發展現狀及主要成果。報告指出了近期

製造技術發展的重點將是數位化裝配技術，總裝製造集成技術，等熱點。然後，林院士又介紹了他和他



的團隊的一些研究工作。他的團隊先後承擔了上海大眾，上海通用，上海匯眾及寶鋼等大型企業技術攻

關項目，並取得了巨大的經濟及社會效益。林院士用了大量的第一手圖片，系統地為大家介紹了一些最

新研究成果。他在新材料中的成形極限的研究，及材料變形中相變對材料性能的影響，都引起了聽眾的

極大興趣。林院士和他的團隊從 1996 年就開始將 LS-DYNA®作為一個重要的研究工具來開展他們的研究

工作，並對 LS-DYNA®的作用表示肯定。

Professor Zhou, Qing 周青

清華大學教授，研究領域為汽車碰撞安全性、

乘員和行人碰撞保護、車身輕量化、車身材料和結構

在碰撞載荷下大變形失效。周教授長期使用 LS-DYNA，

在汽車碰撞模擬、輕質材料大變形失效類比、結構連

接失效類比等方面有諸多研究成果。周教授 1985 年

畢業于北京大學力學專業，1988 年獲北京大學固體力

學專業碩士學位，1994 年獲得麻省理工學院應用力學

專業博士學位，在 MIT 就讀期間還獲得機械工程碩士

學位，1994 年至 1999 年在美國通用汽車公司研發中

心工作，1999 年至 2003 年在美國聯邦政府交通部 Volpe 研究中心工作，2003 年回國，作為清華大學

“百人計畫”引進教授在汽車工程系任教。周教授還兼任中國汽車工程學會汽車安全技術分會主任委員，

International Journal of Impact Engineering 副主編，是美國機械工程師學會（ASME）和美國汽車

工程師學會（SAE International）會員。

周青教授演講的題目是：“汽車碰撞安全分析中輕型材料的分類及建模”。他首先介紹汽車排放

及能源消費對社會及環境的可持續發展造成了很大的壓力，減低車輛重量，減低能源消費將是一種必然

的選擇。然而，減低重量不能忽略汽車安全，車輛性能。周教授介紹了汽車和行人及自行車碰撞中對人

造成的傷害問題及怎麼樣通過改進汽車結構來減低這種傷害。接著，周教授介紹了在衝擊載荷下材料的

失效及速率的影響，及材料參數的獲取。他也強調數值模擬方法在失效分析，裂紋擴展中的作用；並且，

他也簡單地介紹了他的試驗室和他在研究中使用的假人模型，障礙模型等等。

Dr. Wu, Shenrong 吳沈榮

奇瑞汽車公司汽車工程技術研發總院總工程師，CAE 技術高級資深專家,主要負責汽車安全性的模

擬、設計與試驗工作，以及 CAE 技術開發。1967 年畢業於

復旦大學數學系，力學專業。1981 年畢業于復旦大學研究

生院數學系，獲固體力學碩士學位。1986 年畢業於美國德

克薩斯大學（UT Austin, TICAM），力學和航空工程系，獲

計算力學博士學位。自 1988 年開始，長期就職於美國福特

汽車公司,主要從事汽車碰撞安全性的設計、模擬與試驗工

作，特別是 CAE 技術的發展和應用。為公司產品開發做出了

卓越貢獻。先後獲得福特汽車公司 5 次傑出獎項。2007 年



加盟奇瑞汽車公司，側重于汽車自主設計研發的 CAE 技術開發和能力提升。發表過 100 多篇應用及學術

論文,對顯式有限元方法和軟體有深入研究，對車輛結構安全性設計有豐富的知識和經驗。

吳沈榮博士的演講題目是：“奇瑞汽車公司的 CAE 在碰撞模擬中的進展及現狀。”吳博士的報告

介紹了奇瑞在 CAE 應用的一些情況，主要可分為以下幾個部分：傾斜彎軌的衝擊；焊點失效的分析；碰

撞中，膝蓋和轉向管柱護套部位碰撞的可能性；頭部碰撞和發動機蓋的設計；杆件衝擊；自然頻率的隱

式分析。在這些問題的分析中，介紹了怎樣用試驗方法提高 CAE 的準確性，並且利用 CAE 結果來優化設

計。吳博士也強調了 LS-DYNA®在汽車安全設計中的重要性。

Mr. Franz, Uli

Uli Franz is The Co-founder and managing director of DYNAmore. For the last 11 year

until now he is working as the managing director of DYNAMore. Before that he was working

as a Finite Element Analysis consultant and design engineer for 12 years. He was educated

at University for Applied Science in Mannheim, Mathematics at University Darmstadt and

University of Oxford.

德國 DYNAmore 公司聯合創始人兼董事總經理 Mr. Franz, Uli 演講題目是: 20 Years of Finite

Element Dummy Model Development with the German Automotive Industry. Mr. Franz, Uli 就假人

模型在歐洲汽車工業中的應用及發展做了詳細精彩的主題演講。

LS－DYNA 的應用:中國 LS-DYNA 用戶大會優秀論文


2013 第一屆中國 LS-DYNA 用戶大會-技術培訓課程

1. ALE/FSI / ALE 方法和流固耦合主講: Hao Chen/陳皓 LSTC

2. LS-OPT Introduction / LS-DYNA 優化設計主講: Nielen Stander LSTC

3. LS-DYNA® in Sheet Metal Stamping Simulation LS-DYNA® 在板料成形過程模擬中

的應用主講: Xinhai Zhu/朱新海 LSTC

4. Passive Safety /被動安全主講: Dilip Bhalsod



基於超級計算平臺的LS-DYNA綜合應用

李根國, 丁峻宏, 王惠

(上海超級計算中心, 上海, 201203)

摘要: 近年來高性能計算技術的發展促進了數值模擬在工程計算領域的深入和廣泛應用。本文

首先介紹了上海超級計算中心十餘年來的發展歷程和工程計算這一主營業務的情況，其次闡述了

LS-DYNA軟體在中心最新的計算平臺“蜂鳥”上的並行加速性能測試情況，再次描述了中心的幾個

重點製造業使用者利用該軟體取得了大量的成果，最後結合中心的一系列科研課題和專案案例，

給出了對LS-DYNA軟體強大功能的應用和開發情況。關鍵字：高性能計算；有限元；LS-DYNA；平行計算；工程計算

1 上海超級計算中心的工程計算業務

上海超級計算中心(以下簡稱中心)成立於2000年12月，是國內首屈一指的集高性能計算(HPC)應用、科研開發與創新、技術支持與諮詢、人才培養和科普教育等多功能為一體的面向社會開放，

資源分享，設施一流的高性能計算公共服務平臺。目前中心服務以上海為主、遍佈全國28個省市

自治區的近400家科研機構和企事業單位，十多年來為2500名以上的科研人員支持各類研發專案超

過3000個，有力地支持了上海及全國的科學研究和工業創新。在氣象預報、藥物設計、生命科學、

新材料、天文、物理、化學、航空航太、汽車、船舶、核電工程、土木工程等數十個應用領域取

得了一批重大成果，充分發揮了公共服務平臺的支撐作用。中心經過三期持續建設，先後擁有五台超級電腦，目前運行的“魔方”和“蜂鳥”集群峰值速度

達到230萬億次/秒；為了滿足科學計算和工程應用的需求，中心還配備和購置了大量的通用應用軟

體。工程計算類比應用方面的通用軟體有幾十種，如結構計算分析軟體LS-DYNA、ABAQUS、ANSYS和NASTRAN，計算流體力學軟體FLUENT和CFX，電磁場計算分析軟體FEKO，優化設計

軟體OPTIMUS等以及其他相關的各種前後處理軟體，上述數值計算軟體一般都具有大規模平行計

算能力。中心還擁有國內領先的大型計算服務技術團隊，在超級電腦系統管理和運維、應用支援

服務、大規模計算技術、海量資料存儲和管理、以及面向服務的軟體發展等多個領域均有良好的

技術儲備和優勢。上海依據歷史和地緣優勢集聚了一大批具有重要國際和國內影響力的工業企業，目前以上海

為龍頭的長三角地區是中國重要的大型製造業基地之一，在航空航太、汽車、船舶、核電、電氣

工程等領域有舉足輕重的地位。當前，上海地區資訊化和工業化正進入深度融合階段，對於製造

類企業來講，包括CAE在內的CAX技術作為數位化設計主要技術之一，正在製造類企業中得到充

分使用，同時產品設計和研發過程對高性能計算的需求也一直非常迫切。中心在提供面向製造業

和工程的計算服務同時，十多年來在航太航空、汽車、船舶、核電、鋼鐵、市政工程等領域也開

展了大量應用推廣工作，在工程計算方面積累了豐富實踐經驗。其中，LS-DYNA軟體在涉及多個

工業企業項目案例和多個科研領域工程課題的開發攻關方面均有大量運用並有不俗表現。

2 LS-DYNA軟體的並行加速性能測試

LS-DYNA除了可以進行單CPU(或CORE,核)求解計算外，對於大規模計算模型和大型工程問題，

其優異的平行計算能力可以極大地縮短計算時間，提高產品研發效率。LS-DYNA平行計算功能除

了早先的SMP（Shared memory parallel）與MPP(Massively parallel processing) 兩種平行計算模式外，

近些年來LSTC通過使用混合程式設計技術(MPI + OpenMP) 也開發了融合SMP 程式和MPP程式優

點的HYBRID並行模式，旨在解決特定條件下精度一致性問題以及多核計算並行加速性能問題等[1]。



對LS-DYNA軟體並行加速性能的測試基於中心新近建設的工程計算“蜂鳥”集群(見圖1)，它包

含65台IBM HS23刀片伺服器作為計算節點，分別配置6台與4台x3650M3機架伺服器作管理登錄和

存儲節點，配置2台dx360M3圖形伺服器，採用Nvidia quadro5000圖形加速卡。所有節點間通過

40Gb Infiniband高速網路連接，整套系統峰值雙精度浮點運算能力將近21.6TFLOPS。對於計算節

點，每台刀片伺服器配置兩路Intel E5-2670處理器(2.60GHz 1600MHz/20MB 8核)，8根8GB VLP DDR3 記憶體(共64GB)，1塊300GB 熱插拔1萬轉SAS硬碟，作業系統是Red Hat Enterprise Linux 6.2 (Santiago)。

測試模型選用Topcrunch.org網站給出的三車碰撞測試案例(3 Vehicle Collision)，該計算模型單

元數 808970 ，節點數 827605 ，碰撞求解時間為 150ms 。測試時採用的軟體版本為 LS-

DYNA_MPP971_S_ R5.1.1，最大調用計算核數為256，採用HP-MPI，對SMP/MPP/HYBRID三種並行

模式均分別開展了測試分析。圖2顯示的是150ms計算結束時的三車碰撞擠壓狀態。

圖1 “蜂鳥”計算集群圖2 LS-DYNA求解三車碰撞模擬結果(T=150ms時刻)

由於“蜂鳥”集群單個計算節點為雙路8核，因此本平臺上SMP並行最大測試核數為16核。圖3給出了從1到16核之間，隨著計算核數的增加，分別採用SMP和MPP兩種並行模式所得到的計算耗時、

加速比和並行效率等性能資料對比。從中可以看出，SMP並行加速性能相對而言並不理想，與單

核相比，需要至少8核並行才能將單核計算耗時數值降至一半，而且進一步使用16核時該數值將再

無明顯降低；MPP並行加速性能則十分突出，剛開始2核並行時幾乎是線性加速，隨著計算核數的

繼續增加，計算耗時隨之不斷回落，加速比資料一直呈小幅攀升趨勢。進一步將MPP並行測試規

模逐漸擴大至128核（見圖4），可以看到計算時間已經從單核時的20.4小時縮短至到22分鐘，此時

加速比依舊高達56％，並行效率也仍可維持在44％的水準。對於計算工程師來說，如此大規模的

汽車碰撞模擬計算，夙夜等待已經變為半盞茶歇，LS-DYNA的MPP並行加速性能的確給人以驚喜

表現。 HYBRID並行模式充分結合了消息傳遞和共用記憶體兩種並行模式的優點，MPI可以顯式控制

資料分佈策略，而OpenMP用於單進程內共用記憶體並行。有些工業用戶在使用LS-DYNA MPP進行並行求解時，往往傾向於使用指定軟體版本和指定計算核心數目（MPI進程數），這是出於長時

間計算經驗和消除數值噪音影響的考慮。同一軟體版本下資料一致性問題多是由於分區數目不同

引起的，因此考察HYBRID並行加速性能時，應該先確定MPI的數目；以本文為例，若定下MPI進程數為8，則可以依次考察8核 (8MPIx1OMP)，16核 (8MPIx2OMP)，32核 (8MPIx4OMP)，64核(8MPIx8OMP)，128核(8MPIx16OMP)共5種並行組合方案。

圖3 16核內SMP和MPP平行計算測試資料對比圖4 128核內MPP平行計算測試資料對比



圖5和圖6給出了不同MPI進程數和不同OpenMP執行緒數組合得到的一組並行求解測試資料，

受計算許可證限制，最大測試規模為MPI進程數和SMP執行緒數均定為16。綜合計算資料分析，有

以下一些認識： (1) 在HYBRID平行計算模式下，決定計算時間長短的仍然是MPI進程數而非SMP執行緒數。

圖5反映了不同HYBRID組合對應計算條件下的計算耗時，每個MPI進程數對應的5個SMP執行緒數

可歸為一個Group，可以看到每個Group內的計算耗時數值水準較為接近；在每個Group內，儘管

SMP執行緒數從1陸續增加到16，但是計算耗時最好情況下也就減少了一半左右，並沒有大幅度降

低；上述現象隨著MPI進程數的增加，觀察更為明顯。 (2) 在HYBRID平行計算模式下，對單個計算核心記憶體使用量發揮重要影響的是SMP執行緒

數而非MPI進程數。制定大規模模型計算策略時，需要注意系統資源的調配和使用情況。圖6反映

了不同HYBRID組合對應計算條件下的最大記憶體使用量，可以看出，在任一指定MPI進程數對應

的一組Group中，SMP執行緒數的增加可以降低單個計算核心使用的記憶體量。當MPI進程數大於2時，每個Group內執行緒數16對應數值可比執行緒數1對應數值平均減少2.5倍左右；當計算總核心

數一定情況下，比如32核時，(2MPIx16OMP) 組合對應數值是(16MPI x2OMP)組合對應數值的4.4倍。 (3) 是否選擇HYBRID平行計算模式，應該取決於計算模型規模和計算時間訴求。計算模型規

模不太大而無需慮及MPI進程通訊開銷負荷時，HYBRID平行計算優勢並不能充分體現，比如本文

所用的三車碰撞測試案例，當計算總核心數達128時，MPP並行模式下計算時間(22分鐘)要比

HYBRID平行計算模式(8MPIx16OMP, 82分鐘; 或16MPIx8OMP, 54分鐘)表現要好。 (4) 雖然平時超大規模的計算模型並不常見，但是LS-DYNA軟體的HYBRID平行計算模式仍有

其用武之地，比如說有些企業或公司的計算經驗決定日常平行計算時必須使用某一固定MPI進程數，

此時可以考慮通過增加SMP執行緒數來進一步縮短計算時間。對此，針對固定MPI進程數時採用不

同SMP執行緒數而開展的資料一致性比較也已經有了很好的驗證。

圖5 不同HYBRID並行策略下的計算耗時對比圖6 不同HYBRID並行策略下單核使用記憶體消耗對比

3 LS-DYNA軟體在上海超算工業用戶中的典型應用

作為一款功能強大的顯式動力學CAE計算軟體，LS-DYNA軟體的使用者群多來自汽車、航空

航太、製造、建築、電子、石油和國防等多個應用領域，和工業界的聯繫十分密切。上海超算是

一家面向社會的公共計算平臺，一直以來工業企業是工程計算業務領域的主要客戶來源。兩者功

能和定位上的有效結合，使得LS-DYNA軟體成為中心工業使用者服務業務領域中的一顆閃亮明星。現代製造工業是CAE技術興起和發展的原動力，各種CAE技術正是在實際工業應用的需求推

動下，在半個世紀時間裡迅猛發展起來的。當前，相對於其他行業來說，汽車行業CAE發展和綜

合應用水準相對較高，從零部件直至整車裝配級別的研發設計階段都有大量計算分析，涉及剛度

強度、NVH、機構運動、碰撞模擬、板件衝壓、疲勞和空氣動力學分析等許多力學和計算問題。

中心所提供的HPC資源，給不少汽車工業用戶在解決大規模和大批量計算模型的處理手段上，提供

了強有力的輔助工具(見圖7和圖8)，有的已經發展成為企業高性能計算協同設計平臺的重要組成部

分[2,3]。比如在上汽榮威550/750車型和奇瑞A3車型研發過程中，均借助了超級計算平臺完成了大量

虛擬安全碰撞試驗計算工作，使虛擬碰撞試驗數量、分析精度、精細程度和設計週期等都接近全

球一流汽車研發水平。



圖7 不同角度下的汽車碰撞結果觀察圖8 白車身頂壓性能優化

隨著大型電腦及工作站的出現和大量工程應用軟體的投入使用，飛行器等航空航太產品設計

複雜的工程問題得以借助數值模擬方法進行分析。LS-DYNA在鳥撞、葉片包容性設計、異物損傷

分析、飛機結構衝擊動力分析等問題的模擬計算上，發揮了不可替代的作用。以上海商發工業用

戶為例，如圖9和圖10所示，利用超級計算平臺，可預測發動機在風扇葉片脫落(FBO)時的動力學

行為，以及後續對發動機產生的振動和不平衡載荷；利用LS-DYNA使用者自訂材料模型開發功能，

開展風扇包容機匣周圍編織結構的外物衝擊模擬，支撐了商用航空發動機複合材料部件的設計；

基於超級計算平臺上充足的軟硬體計算資源，還可分析影響包容性數值模擬平行計算效率的原因，

研究提高平行計算效率的方法[4]。

圖9 發動機FBO模擬分析圖10 基於超算平臺進行自訂材料模型開發 LS-DYNA 在非線性特別是大變形問題上的計算功能和處理能力，使其在鋼鐵和製造加工領域

內的應用也比較常見，比如說鋼板的軋製和矯直，薄板的衝壓和拉伸成形，鋼坯的鍛造和擠壓成

型，以及零件的切削加工等諸多問題均可以借助該軟體來進行模擬類比。以中心寶鋼用戶為例，

在多輥矯直機對鋼板矯直過程模擬計算(見圖11)時，對輥和鋼板之間接觸區域的細緻類比需要大規

模網格模型，HPC資源的使用可以縮短確定矯直工藝和方案所需的時間。目前製造業發展要求推動

產業鏈上下游協同創新，比如說，寶鋼在為汽車企業提供零部件之前，就已經對B柱進行剛度、強

度和碰撞安全性分析(見圖12)，為車身B柱總成部件的輕量化工作提供思路。

圖11 鋼板矯直過程力學模擬圖12 B柱碰撞前後變形比較分析



4 LS-DYNA軟體在課題專案中的廣泛應用

十余年間，作為一個提供計算資源和技術服務的政府公共計算資源的管理者，上海超算與很

多領域的研究單位、科研團隊和軟硬體供應商都開展了深入和廣泛的合作。中心自身建設有一支

從事高性能計算學術研究和技術開發，工程計算和科學計算應用研究的技術隊伍；在多年發展和

運營中，以一些高校為依託並與相關研究團隊也形成了緊密合作關係，共同承接了國家、地方和

企業的科研項目，利用HPC資源和數值模擬技術參與了一批具有重要社會影響力的工程項目建設或

工業產品設計過程。地下建築結構抗震和施工模擬是上海超算與上海交大金先龍教授課題組合作利用LS-DYNA軟

體最早參與的工程領域，也是多年以來涉足比較深入的研究方向之一，見圖13。以上海外環線沉

管隧道為例[5]，可建立包括地基土、沉管管段以及柔性接頭在內的全三維分析模型，單元數和節點

數均超過百萬，充分考慮材料非線性和接觸非線性因素進行大規模地震回應分析，模擬地基土-沉管隧道體系在地震荷載作用下的相互作用和整體變形，同時對沉管及柔性接頭等關鍵部位進行了

深入分析。同樣的模擬手段還應用於更為常見的盾構隧道工程[6]，不僅可反映地基土－盾構隧道在

地震荷載作用下的相互作用和變形，還可對隧道襯砌結構中的管片應力以及連接螺栓的受力變化

進行深入分析，計算規模達四百萬以上。最新研究專案採用精粗混合建模策略，更將十四公里長

青草沙輸水隧道進行全三維建模，開展隧道開挖、抗震分析和水錘效應等多個問題[7-9] 的綜合計

算分析。

(1)沉管隧道管段模型 (2)地下隧道-地基土體系

(3)盾構隧道襯砌管片承壓計算 (4)盾構刀盤掘削土體模擬

圖13 LS-DYNA在地下結構模擬中的應用案例

對地震和衝擊問題的模擬研究方法同樣適用于橋樑和大廈等地上建築結構，見圖14。對於

斜拉橋結構來說，利用中心HPC資源開展的大規模LS-DYNA顯式動力學計算可用於解決船橋碰撞、

車橋、車隧耦合等模擬問題[10,11]；對於高層建築結構來說，針對爆炸衝擊波對玻璃幕牆破壞問題，

可基於多物質ALE有限元法，模擬玻璃幕牆防爆炸實驗中爆炸荷載的產生及其與玻璃幕牆之間相互

作用[12]；考慮玻璃結構的上海中心大廈結構幕牆大震彈塑性分析[13] 表明，玻璃結構對建築主體結

構影響較少，但對幕牆結構層間位移角抑制明顯，從而減少了支撐結構內力。



(1)斜拉索橋樑 (2)橋上輕軌車輛(單節) (3)超高層建築

圖14 LS-DYNA在地上結構計算中的應用案例

上海超算內部技術團隊，借助LS-DYNA軟體處理複合材料以及複雜接觸問題的強大功能，也

獨立為工業用戶開展了一些涉及航太和機械領域的項目研究。例如圖15所示，針對空間豆莢杆薄

膜展開機構的盤卷收攏和展開過程進行的非線性准靜態類比[14]，考察機構功能設計並就結構改型

和參數調整進行預知模擬。再比如利用顯式有限元演算法完成的曲軸－連杆體系結構的運動學模

擬[15], 考察柔性結構的應力應變時間歷程，繼而將動力模擬結果直接轉入疲勞分析軟體進行壽命及

安全係數快速評估。

(1)豆莢杆機構收展過程模擬 (2)曲軸連杆機構運動模擬(多核分區)

圖15 LS-DYNA在機械機構模擬中的應用案例

5 小結

作為是世界上最著名的通用顯式動力分析程式，LS-DYNA在求解三維非線性結構的高速碰撞/衝擊，爆炸和金屬成型以及流固耦合問題等一系列複雜非線性問題上，擁有強大而可靠的計算功

能。而面對高性能計算硬體技術的不斷發展，其平行計算能力也一直隨之不斷開發和提升，可擴

展性等性能參數始終呈現出超過同類計算軟體的不俗表現。隨著LS-DYNA在多物理場研究領域計

算功能及模擬能力的進一步擴充和壯大，該軟體將在以上海超算為代表的超級計算平臺上與工業

界應用需求進一步融合，並在未來發揮更為耀眼的光芒。

參考文獻 Meng N., Wang J., Pathy S. New features in LS-DYNA HYBRID version[C]. 11th International LS-DYNA

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40(5):34-38.

李根國(1969-)，男，甘肅武威人，上海超級計算中心副主任，高級工程師，博士，

研究方向是高性能計算和工程力學問題數值演算法。(E-mail)[email protected] 丁峻宏(1977-)，男，江蘇泰興人，高級工程師，博士，研究方向複雜系統數值模

擬與高性能計算應用研究。(E-mail)[email protected] 王惠(1983-)，男，湖南湘潭人，工程師，主要從事高性能計算工業工程應用研究。

(E-mail)[email protected]



LS-DYNA 在空調換熱器無模彎曲成型模擬中的應用

陳梓榮，李大永，蔣祥榮（上海交通大學機動學院精密成形與知識工程研究所，上海 201100）

摘要：隨著空調行業的迅速發展，以及節能環保理念的持續深入，對空調換熱器的結構提出了更

多的要求，而新式換熱器折彎成型過程中翅片倒伏現象的發生則是影響換熱器工作效果的重要因

素。本文利用 LS-DYNA 求解器對空調換熱器的無模折彎成型過程建立了基於動力顯式演算法的有

限元模擬模型。研究了不同工藝參數對折彎效果的影響，並進行了試驗驗證。結果表明利用 LS-DYNA 求解器可以較好地對空調換熱器的無模折彎成型過程進行模擬。利用該模型，對具有不同

邊管形式的微通道平行流式換熱器進行了折彎模擬，並且根據模擬結果選擇較好的邊管形式。這

表明，通過 LS-DYNA 有限元模擬可以對改進空調換熱器無模折彎成型工藝具有重要意義。關鍵字：換熱器；LS-DYNA；無模折彎；模擬模擬

1 引言

隨著空調製冷行業中對節能減排的要求不斷提高，提高空調換熱器的換熱效率就成為了減少

空調能耗，降低成本的關鍵。微細通道平行流式換熱器則是近年來發展速度很快的一種結構緊湊

，冷卻液利用效率高的新型換熱器。因為其小當量直徑的通道,為加大空氣側換熱面積提供了條件,換熱器的緊湊度也會提高。據測定微通道平行流式換熱器和傳統管翅式換熱器在相同換熱量下體

積可以減少 35％以上、重量減輕 25％以上，空氣側流阻平均降低 20%以上。再加上換熱器容積小

，平均降低製冷劑充注量 30%，有效減少對環境的破壞，而且微通道設計耐壓更高。微通道換熱

器相比較傳統管翅式換熱器的主要優點是高效、耐壓、體積小、製冷劑充注量少。正因為這些優

點，在空調製冷循環系統中,微通道平行流式換熱器已經是發展的趨勢,逐漸代替了傳統的管翅式換

熱器。一種新型的微細通道平行流式換熱器結構如圖 1 示。

圖 1 換熱器結構

其主要是由包含微細通道的鋁合金扁管和具有一定表面結構的翅片組成，兩者之間通

過釺焊連接在一起。因為空調內部空間有限，為了提高空間利用率，在儘量不影響換熱器工作

效率的前提下，換熱器會被折彎成方形。在傳統的有模繞彎工藝中，因為有彎曲模的存在，這

樣在一方面，會使較為薄弱的翅片受力倒伏。而翅片倒伏不僅會使熱量在倒伏堆積區產生集中，

而且會使冷凝水不能順利導流，降低換熱器的工作效率。另一方面，有模彎曲不僅需要製造模



具，勢必增加製造成本。而且彎曲模會在折彎過程中發生模具耗損，使成形精度下降。另外如

果折彎半徑，換熱器規格等參數發生變化時，模具需要重新設計製作，這樣不符合如今生產過

程中對柔性化的要求。因為傳統有模折彎的這些缺點，採取無模彎曲則有可以節省製造彎曲模

的成本、工時。並且可以實現生產過程的柔性化，減少模具對換熱器的損傷等優點。國內外一些學者已經對無模彎曲工藝進行了研究。唐鼎、張卿卿就 CAE 在微細通道平

流式換熱器無模成形工藝開發中應用，研究了 CAE 模擬技術在優化無模成形工藝參數的作用。

Takashi KUBOKI等則利用解析辦法以及實驗驗證研究了使用彎曲臂代替彎曲模來進行 U 形件

的彎曲。張志偉定量研究了無模折彎成形工藝參數對成形精度的影響並給出了優化方案。

T.Amimoto 等通過實驗研究了管翅式換熱器的無模彎曲技術。本文所研究的換熱器的結構產生了較大變化。首先，翅片和扁管材料較軟，更加容易

產生翅片倒伏現象。其次，翅片結構複雜，而且翅片伸出扁管較長，更加容易失穩倒伏。本文

基於無模彎曲原理，利用 ANSYS&LS-DYNA 聯合模擬平臺建立了此類型換熱器無模彎曲顯式

動力模擬模型，對無模折彎夾具進行了優化，並且通過實驗發現模擬結果與實驗結果有較好的

一致性，這說明利用 LS-DYNA 模擬模擬可以為換熱器無模折彎夾具試製以及工藝改進應用提

供有效的指導。

2 LS-DYNA 在換熱器無模折彎工藝中的應用

2.1 換熱器無模折彎原理

無模彎曲主要通過預設夾頭的相對運動來實現換熱器彎曲最終的彎曲效果。如圖 2，無模折彎過程中兩個夾頭中一個固定位置，另一個在 xz平面內做剛體的平移和轉動

運動。彎曲過程中，由於夾頭緊固夾持，忽略折彎過程中的褶皺變形，兩夾頭中心間試件在各

個位置的弧線長度可視為保持恒定，並且在各位置可視為以固定夾頭法向方向某處為圓心的圓

弧段。圓弧長度為 Rθ，其中θ=π/2。當轉角θ=ωt 至某位置時，根據弧長不變規律，有故座標通過幾何關係換算可得：

圖 2 折彎路徑幾何座標確立

{

U(X) = θRsinωt

ωt +W(1 +

1

2cosωt)

U(Y) = ωt

U(Z) = θR1−cosωt

ωt+W

2sinωt

(1)



其中各參數含義如下： W=100 為夾頭長度為轉動電機角速度為折彎角 R=70 為中性層半徑重新分配運動自由度到兩個電機，通過折彎試驗平臺的轉動端電機和平動端電機的協動，可以

實現按照公式 1 中的路徑進行折彎。如圖 3 示。

圖 3 無模折彎過程示意圖

因為折彎過程中翅片受力大，而翅片本身又非常薄，特別是內側翅片容易發生壓潰倒伏。

平動端內側倒伏情況和轉動端內側倒伏情況如圖示，平動端和轉動端的夾持部位內側翅片均發

生比較嚴重的壓潰倒伏，倒伏堆積的翅片會對換熱器的正常有效工作產生不利影響。



(a)轉動端內翅片 (b)平動端內翅片圖 4 內翅片倒伏情況

因為外側翅片結構具有較為複雜的筋條結構，所以抵抗倒伏能力比內側翅片強，在折彎過

程中沒有發生壓潰倒伏，外側翅片情況如圖 5 所示。

圖 5 外翅片未發生倒伏

而通過 ANSYS&LS-DYNA 聯合模擬得到的模擬模擬結果也和實驗結果一致，可以認

為該有限元模擬模型的有效性，可以利用該有限元模型來進行工藝改善。模擬結果與實驗結果

對比如圖 6。

2.2 有限元模型建立

利用基於 ANSYS&LS-DYNA 有限元聯合模擬平臺建立了微通道平行流式換熱器無模

折彎的三維有限元模型。如圖 7 所示，整個模型根據材料與結構不同分為了四個部件：扁管、

翅片、轉動夾頭、平動夾頭。其中扁管採取了 SOLID 164 的 8 節點三維顯式結構實體單元。翅片採用 SHELL 163 四

節點薄殼單元。轉動夾具與平動夾具均採用 RIGID 剛體單元。根據材料單拉試驗獲得的真實應力應變曲線，給各個部件賦上材料，在不影響結果準

確性的基礎上，進行了 10 倍的品質縮放，以減少計算時間。根據公式（2-1）設置轉動夾具與平動夾具的位移。為了避免出現沙漏現象，設置沙漏

控制並且設定輸出。提交 LS-DYNA 進行計算。



圖 6 實驗與模擬結果對比

圖 7 換熱器有限元模型

3 變邊管形式對翅片倒伏的影響

在微通道平行流式換熱器的散熱工作中，由於上下邊管的導熱要求不高，所以研究上

下兩片邊管的結構對無模折彎效果的影響對改善折彎工藝具有重要意義。目前常規採用的換熱

器的邊管形式如圖示。而此種邊管形式的換熱器折彎效果並不理想。因為所有的折彎力都通過

較為薄弱翅片傳遞來實現扁管與翅片的彎曲成型，這樣必然容易造成翅片的壓潰倒伏。為了改

善折彎工藝，本文採取改變對換熱效果影響不大的上下邊管，來探索改善折彎效果的方法。三

種邊管形式的換熱器如下圖。



（a）中心邊管（b）內側加寬邊管（c）兩側加寬邊管

圖 3-1 三種邊管形式的換熱

三者折彎結果如下圖

（a）中心邊管（b）內側加寬邊管（c）兩側加寬邊管

圖 3-2 三種邊管形式的換熱器折彎結果

三者內側翅片倒伏深度與寬度如下表。邊管形式轉動端倒伏寬度

（mm）轉動端倒伏深度

（mm）平動端倒伏寬度

（mm）平動端倒伏深度

（mm）中心邊管 19.6 0.2 25.2 1.7 內側加寬

邊管僅有 2.8mm的膨

脹區 - 3.1 0.1

兩側加寬

邊管僅有 2.8mm的膨

脹區 - 4.2 與

內側圓弧段膨脹區

21mm

-

表 1 翅片倒伏深度寬度對比表

通過對比三者結果發現內側加寬邊管形式的換熱器可以獲得很好的折彎結果。其翅片並沒有倒

伏，僅僅因為上下邊管約束了其 Y 向的自由度導致了一部分翅片向兩邊脹開，並不影響換熱

效果。而中心邊管形式的換熱器的翅片則產生了較大面積倒伏，產生了嚴重的倒伏翅片堆積現

象。兩側加寬邊管形式的換熱器則也因為自由度約束，導致夾具夾持部位的翅片脹開，但因為

內外翅片的 Y 向自由度均被上下邊管約束，導致了折彎的圓弧段內側更多的翅片脹開，效果

不如內側加寬邊管形式換熱器。



對比三者的 von mises 應力亦可以發現，內側加寬邊管的換熱器很大一部分折彎力由上下邊管

承擔，而邊管厚度遠大於翅片，所以強度足夠承受折彎力，減少了翅片的受力倒伏。

4 總結

隨著空調製冷行業對節能減排效率的要求變高，能可靠製造空間體積小，材料利用率高的

換熱器就成為了重中之重。而微通道平行流式換熱器能夠滿足空調行業對於換熱器的要求。但

是在對換熱器無模折彎過程中的翅片壓潰倒伏問題則是制約微通道平行流式換熱器完全發揮其

功效的關鍵所在。所以加工上便對改善翅片倒伏問題提出了實際要求。本文基於 ANSYS 與 LS-DYNA 有限元聯合模擬平臺，建立了微通道平行流式換熱器無模

折彎的有限元模型。並通過實驗驗證了該有限元模型能夠真實有效地類比出實際折彎情況。然

後基於此模擬模型對折彎工藝改善方法進行了探究，發現採取加寬換熱器上下內側邊管可以有

效地改善換熱器內翅片倒伏問題。這樣不僅可以對解決翅片倒伏問題具有直接意義，並且可以

節省大量的實驗試錯時間，這對於企業應對如今快速的市場變化具有更為重要的意義。

参考文献

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文集，2011. [3]張志偉，微通道平行流式空調換熱器彎曲成型工藝關鍵技術研究[碩士學位論文].上海：上

海交通大學，2011. [4]張鵬，李大永，唐鼎.管翅式換熱器多層彎曲成形工藝模擬分析[J].塑性工程學報，2008.10（5）：91-94. [5]Hiramoto.K, Minami.S, Sakihama.H,Development of the Latest Heat Exchanger Tube Technology[A],Proceedings of the 9th Inernational,2009.



DES 颗粒生成及渲染技术在 LS-PREPOST 中的應用

于文會 1 韓志東 2 何衛新 2 趙豔華 2

（1 大連富坤科技開發有限公司，大連 116600）（2 LIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATION, CA）

摘要：本文採用了網格生成演算法中的前沿法生成 DES 顆粒，使用了基於桶技術的法線檢測

演算法，邊界檢測演算法以及顆粒碰撞檢測演算法提高演算法效率。DES 的渲染採用了 OpenGL

最新的 VBO，VAO，GLSL 技術，並應用了一種稱為 Instanced Rendering 的渲染技術。經測試，該

演算法能夠生成各種複雜形體的 DES 模型，並且具備較快的渲染速度。

关键词：顆粒生成；前沿法；法線檢測；邊界檢測；顆粒碰撞檢測；Instanced Rendering

1 引言

DES 單元法是一種基於在處理大變形、顆粒流、混合過程、穀倉存儲與卸貨，輸送帶傳送

等問題時卓有成效的離散單元法而開發的一種顆粒解法。每個 DES 顆粒都由一個有限元節點代表，

這使得它與其它有限元結構或者剛體的相互作用可以很方便地利用懲罰接觸方法來描述。 DES 法

充分利用了平行計算，可處理包含上億個顆粒的模型。

DES 方法中的鍵接（Bond）模型應用鍵接來連接離散顆粒而形成的連續介質。由鍵接相

連的顆粒團有著與固體材料相同的材料性質，例如剛度和變形能。在描述裂紋產生和擴展以及分

片（Fragmentation)時，斷裂能由各個被破壞鍵接能的總和所代表。鍵接模型作為離散顆粒與連

續介質理論之間的橋樑，提供了兩種尺度間的無縫連接。它有如下幾種優點：1) 鍵接剛度僅由楊

氏模量和泊松比確定。2）裂紋條件可由斷裂能密度直接求出。3）材料行為與顆粒尺度無關。

LS-PREPOST 始終保持著 DES 的全面支持。而 DES 的前後處理功能中，又以生成以及

渲染最為重要。本文先介紹生成演算法，然後介紹渲染技術。生成演算法部分分為 bucket 資料結

構，初始條件，法線檢測演算法，邊界檢測演算法，顆粒碰撞檢測演算法，前沿生成顆粒演算法；

渲染部分簡單介紹 GLSL, VAO, VBO, Instanced Rendering，然後給出 DES 的渲染技術實現。

最後給出部分實例。最後總結，不足以及展望

2 DES颗粒生成算法

本文所採用演算法主要參考 Benabbou[1]的前沿顆粒生成演算法，該演算法主要參考有

限元網格生成中的前沿網格生成演算法，由初始前沿出發，逐層向內推進生成顆粒並且更

新前沿，在若干層反覆運算後得到最終的顆粒分佈。其演算法流程如下：



图 1 DES 生成演算法流程圖

2.1 前沿集合初始化

本演算法以封閉的 shell 網格作為輸入，該網格應該是封閉的，無重疊的。shell 網格輸入後，

會自動進行重劃分以將 shell 網格變為合理尺寸的三角形網格，並自動檢查法線朝向，初始化邊界

檢測 bucket，顆粒相交檢測 bucket。

前沿定義為三角形面片，其中三個頂點為已存在的顆粒的球心。前沿又有自己所屬的層次。

初始狀態，前沿的三個頂點所屬的顆粒半徑為零，所屬層次也為零。

2.2 新顆粒位置計算

記當前前沿為 F，記 F 的三個頂點為（Pi， Ri）、（Pj， Rj）、（Pk， Rk），定義如下向量：

Vij = Pj - Pi (1)

Vik = Pk - Pi (2)

VW = Vi j Ｘ Vik / | Vi j Ｘ Vik | (3)

Vu = Vi j / | Vi j | (4)

Vv = Vw Ｘ Vu (5)

則定義一個原點在 Pi的局部坐標系



C（Pi，Vu， Vv， Vw） (6)

設（u， v， w）為待求顆粒在C中的座標，R為給定半徑，則可建立如下方程組

u2 + v2 + w2 = (R + Ri）2 (7)

（u - | Vij |）2 + v2 + w2 = (R + Rj）

2 (8)

（u - | Vik ·Vu |）2 + （v - | Vik ·Vv |）

2 + w2 = (R + Rk）2

(9)

聯立（7）、（8）可得 u，聯立（8）、（9）可得 v，可有（7）得 w

u = | Vij | / 2.0 + (Ri - Rj）(Ri + Rj + 2.0 * R）/ (2.0 * | Vij |)

(10)

v = (| Vik ·Vu |2 - 2.0 * | Vik ·Vu | * u + | Vik ·Vv |

2 + （Ri - Rk）(Ri + Rk +

2.0 * R））/ （2.0 * | Vik ·Vv |） (11)

w = sqrt（(R + Ri）2 - u2 - v2) if (R + Ri）

2 > u2 + v2

(12)

最後由（u， v， w）以及 C 計算最終的顆粒位置。

2.3 顆粒合法性判斷

顆粒合法性判斷主要有兩點，第一，不與其他顆粒相交；第二，不在封閉初始前沿外部。

由於效率方面的考慮，需要建立兩個 bucket，一個用於顆粒相交檢測，一個用於邊界檢測。

對於顆粒相交檢測，需要檢測顆粒的所屬 bucket 的相鄰 bucket，一共 27 個 bucket，

相比與所有顆粒逐一比較，效率十分顯著。

對於邊界檢測，只需確定顆粒所屬 bucket，並判斷該 bucket 是否為邊界，或者邊界外，

如果是，則可判定該顆粒處於封閉初始前沿外部。

2.4 局部密度分佈

局部密度的計算有兩個，一種是顆粒之間的；一種是前沿與顆粒之間的。當然後者也可以

歸結為前者的累積。

給定兩個顆粒（Pi， Ri）、（Pj， Rj），則

ld(i, j) = |Pj - Pi| - Ri - Rj (13)

個頂前沿 F，記 F 的三個頂點為（Pi， Ri）、（Pj， Rj）、（Pk， Rk），則

ld(i, j, k) = ld(i, j) + ld(j, k) + ld(k, i) (14)

3 DES渲染技术

3.1 Instanced Rendering 介紹

Instanced Rendering 技術主要應用於遊戲領域。想像一下，如果需要在一個場景中繪

製成千上萬的士兵，你手裡有士兵的模型資料，一種方法是：有多少士兵就繪製多少次，

而且每個士兵都要設置一下位置以及其他屬性。例如，每個士兵在不同的位置，可以高一

些，也可以矮一些，可以胖一些，也可以瘦一些。這樣在沒畫一個士兵之前，就要設置相

應的模型視圖矩陣以及投影矩陣。這種方案的開銷是極大的。

Instanced Rendering 技術可以指定一個 instance（士兵），使得我們可以在一個繪製語

句中繪製多個實例，並為每個實例提供自己所專屬的屬性即可。



3.2 DES 渲染技術

DES 的渲染採用 instanced rendering 技術，並綜合利用了 GLSL, VAO, VBO, glDrawInstanced*系列 OpenGL 功能。其中每一個 DES 顆粒作為一個實例，具有位置，半

徑，層次等屬性。

3.3 與立即模式對比

測試平臺為 WIN7、16G RAM、GTX 650 ti 顯卡，從實驗結果可以看出，新的渲染

技術更加快速。

算例 DES 數目 FPS (立即模

式） FPS（實例渲

染） Box 3223 18 250 Sand Wheel 10379 7.6 120 Cylinder 10859 6.1 120 Funnel 69881 1.1 25 Hourglass 549310 N/A 3 Tray Sand 472529 N/A 3.5

表 1 模型和计算时间（表题）

4 实例

图 2 Box with 3223 DES 顆粒

图 3 Sand Wheel with 10379 DES 顆粒

图 4 Cylinder with 10859 DES 顆粒

图 5 Funnel with 69881 DES 顆粒



图 6 Hourglass with 549310 DES 顆粒

图 7 Tray Sand with 472529 DES 顆粒

5 结果与分析

測試證明該模組比較穩定，快速，渲染效果逼真，快速。但在 DES 達到 50 萬以上時 FPS 也

只有 3 個左右，進一步研究 billboard，impostor 技術是否可以加快其渲染速度。準備前沿時需

要做 remesh，可以進一步改進該演算法以加快速度。

参考文献

[1] Benabbou, H. Borouchaki, P. Laug, J. Lu. Geometrical modeling of granular structures in two and three dimensions. application to nanostructures. International Journal for Numerical Methods in Engineering 2009; 80:425-454

*于文會/ Yu Wenhui, 碩士畢業于大連理工大學力學專業，2008 年加入 LSTC，大連富

坤科技開發有限公司，從事 LS-PrePost 前後處理開發，是大連開發部的技術負責人。

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LS－DYNA中國代理商

迪艾工程技術軟體(上海)有限公司 (ETA)

地址：上海市漕溪北路 18 號上海實業大廈 39/B

郵編：200030

電話： 86-21-6438 5725 傳真： 86-21-6438 5752

網址:http://www.eta.com.cn/郵箱:[email protected]

奧雅納工程諮詢(上海)有限公司 (ARUP 中國)

地址: 中國上海淮海中路 1045 號淮海國際廣場 39-41 樓

郵編：200031

電話： 86-21-31188876 傳真： 86-21-31188882

網址:http://www.arup.com/郵箱:[email protected]

上海恒士達科技有限公司 (HengStar)

地址：上海市張江高科技園區郭守敬路 498 號 6 幢 11206 室

郵編：201203

電話： 86-21-6163 0122 傳真：86-21-6163 0201

網址:http://hengstar.com/郵箱:[email protected]

大連富坤科技開發有限公司(Dalian Fukun)

地址: 大連經濟技術開發區五彩城 A 區凱倫國際大廈 B 座 1308

郵編：116600

電話： 86-0411-8761 1110 傳真： 86- 0411-8761 1110

網址:http://dalianfukun.com/郵箱:[email protected]

http://www.eta.com.cn/

mailto:[email protected]





LS－DYNA 台灣代理商


LS－DYNA臺灣代理商

勢流科技股份有限公司 ( Flotrend Corp.)

地址：110 臺北市信義區忠孝東路五段 550 號 13 樓(任遠大樓)

電話：886-2-2726 6269 (37) 手機：886-958-090 220

傳真: 886-2-2726 6265

網址: www.flotrend.com.tw 郵箱: [email protected]

愛發股份有公司 (APIC)

地址: 臺北市 104 松江路 71 號 11 樓

電話： 886-2-2508 3066 (231) 手機：886-0938-187 943

傳真: 886-2-2507 7185

網址: www.apic.com.tw 郵箱 [email protected]

TAIWANN

http://www.flotrend.com.tw/


LS-DYNA 培訓


1. 迪艾工程技術軟體(上海)有限公司 2013 年 LS-DYNA 培訓:

2013年 10月

LS-DYNA 回彈預測及回彈補償應用

案例詳解時間：2 天主講老師：ETA-China 高級工程師內容包括：

典型汽車外板零件回彈預測：不

同階段的計算方法以及應對措施典型汽車外板零件的回彈補償典型高強度鋼零件的回彈預測典型高強度鋼板零件的回彈補償

培訓時間會根據實際情況做相應調整，敬請查看網頁 www.eta.com.cn 以

獲取完整的課程列表及培訓具體時間。

我們還可以根據客戶的不同要求定制培訓課程，如有需求請發郵件至

[email protected]



LS-DYNA 培訓


2. 奧雅納工程諮詢(上海)有限公司 LS-DYNA 培訓

1. LS-DYNA 汽車碰撞高級培訓 (2 天)

時間：2013年 11 月 18-19 日

收費方式：每人 1000 元，提供午餐和茶歇，學員食宿自理。

地點：上海淮海中路 1045 號 39 樓 BDR 會議室

該課程主要側重於汽車碰撞分析，怎樣用 LS-DYNA 軟體來檢測汽車結構是否滿

足要求，Workshop 例子將在 OASYS 軟體環境下進行。課程內容包括：

碰撞分析回顧

LS-DYNA 汽車建模嚮導，如網格生成，材料和屬性輸入，連接，剛體模

型和剛性連接，定義加速度計，約束，邊界條件，接觸和剛性壁障，LS-DYNA 輸出定義

模型檢查

運行 LS-DYNA 任務，分析的執行時間，通過多 CPU 和品質縮放加速計

算，重啟動分析

後處理分析結果

比較試驗結果，位移，速度，加速度，幾何變形，應力應變，相互作用力，

能量，命令文件和自動後處理，調試模型和問題解決

2. LS-DYNA 約束系統分析培訓和現場指導（2 天）

時間：2013年 12 月 18-19 日

收費方式：免費，提供午餐和茶歇，學員食宿自理。

地點：上海淮海中路 1045 號 39 樓 BDR 會議室

培訓內容主要側重於 LS-DYNA 軟體在約束系統方面的分析培訓，課程內容包括：

– SLED 模型創建過程介紹

– 氣囊折疊

– 氣囊模型設置

– 座椅機械系統設置及位置調整

– 假人模型介紹及位置、姿態調整

– 安全帶自動貼合功能

– 約束系統邊界條件介紹

– 自動模型介紹

– 後處理介紹

– 自動傷害值計算報告

培訓安排的課程內容和時間根據實際情況可能會有所調整，以具體培訓通知函為

准，相關培訓報名及詳細瞭解請聯繫：[email protected] 或[email protected]

mailto:相关培训报名及详细了解请联系：[email protected]%20%20或[email protected]

mailto:相关培训报名及详细了解请联系：[email protected]%20%20或[email protected]

LS-DYNA 培訓


3. 上海恒士達科技有限公司 (HengStar)LS-DYNA 培訓

在過去的四年中，上海恒士達科技有限公司本著“持之以恆，奮進博達”的宗旨和

同國外軟體發展公司（LSTC 等）、諮詢公司、培訓中心等之間的良好關係，作為

LS-DYNA 在中國的優秀培訓中心，已邀請美國、德國、日本及國內經驗豐富的專

家成功舉辦 20 多次有關“汽車被動安全及碰撞 LS-DYNA 模擬類比”、“約束系統設

計及 LS-DYNA 模擬類比”、“LS-DYNA 並行 MPP 計算”、“LS-DYNA 氣囊展開”等高級技術培訓，同時，上海恒士達科技會根據客戶的具體要求，提供 LS-DYNA 的

現場實地培訓，2013 年的 LS-DYNA 相關培訓計畫如下：

上海恒士達科技有限公司 2013 年 LS-DYNA 相關高級技術培訓

2013 年 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

LS-DYNA 高級入門（3 天） An Introduction to LS-DYNA

汽車碰撞模擬模擬（4 天） Crashworthiness Simulation with LS-DYNA

汽車被動安全及乘員約束系統設計（3 天） Passive Safety and Restraint Systems Design

LS-Prepost, LS-DYNA MPP, 安全氣囊分析（LS-DYNA）（3 天） LS-Prepost, LS-DYNA MPP, Airbag Simulation with LS-DYNA

行人保護，汽車被動安全及乘員約束系統模擬分析類比（LS-DYNA）（3 天） Pedestrian Safety and Passive Safety Simulation with LS-DYNA

汽車碰撞模擬分析理論和技術，及基於 LS-DYNA模擬分析的優化（LS-OPT）（3 天） Crashworthiness Theory and Technology, Introduction of LS-OPT which is based on LS-DYNA

混凝土，建築材料模擬及爆破模擬（2 天） Concrete & Geomaterial Modeling, Blast Modeling with LS-DYNA

根據美標，歐標的前碰約束系統統計（2 天） Frontal Restraint Systems according to FMVSS 208 and Euro NCAP

車身碰撞性設計，模擬和優化（2 天） Crashworthy Car Body Design, Simulation, Optimization

側碰要求及實現策略（2 天） Side Impact-Requirements and Development Strategies

LS-DYNA 培訓


4. 臺灣勢流科技 LS-DYNA 相關培訓:

為了協助客戶能快速瞭解 CAE 分析技術並實際應用于產品設

計開發，勢流科技提供四種訓練課程，並規劃寬敞的學習空間及全新的電腦設備，透

過廣播教學系統提高學員的學習效率：

1. 軟體展示課程：以半天的時間，讓您可以初步瞭解軟體功能及操作流程。適合正在

評估軟體的客戶。

2. 軟體基礎課程：每月固定舉辦，透過數個實際案例操作，讓您能更熟悉軟體操作，

現場講師並可同時回答您平時所遭遇的問題。適合軟體既有客戶及評估軟體的客戶。

3. 軟體進階課程：此為客制化的課程，可配合個別單一客戶時間不定期舉辦，針對特

定問題或是特定產品的分析進行教學。適合軟體既有客戶。

4. 軟體導入訓練：此為客制化的課程，適用於軟體購買初期的導入規劃，主要是整合

CAE 分析技術與既有產品設計流程

寬敞的學習空間與全新的機器設備

詳細課程及活動資訊：http://www.flotrend.com.tw

有任何問題及詳細資訊請查詢：[email protected]

http://www.flotrend.com.tw/


LS-DYNA 培訓


5. 臺灣愛發股份有限公司 2013 LS-DYNA 相關培訓:

十月 HyperMesh+LS-DYNA 基礎

課程(2 days)

LS-PrePost+LS-DYNA 基

礎課程(1 day)

十一月 HyperMesh+LS-DYNA 基礎

課程(2 days)

LS-DYNA Thermal Analysis (1 day)

十二月 HyperMesh+LS-DYNA 基礎

課程(2 days)

LS-PrePost+LS-DYNA 基

礎課程(1 day)

HM+LS-DYNA Basic 1. HyperMesh for LS-Dyna 操作介面介紹 2. 1D 網格建立 3. 2D 網格建立 4. 3D 六面體/四面體網格建立 5.HyperView操作介紹 6.HyperGraph操作介紹 1).Explicit Example顯示求解範例 a. Shock Test b. Drop Test c. Impact Test 2).Implicit Example 隱示求解範例 a. Linear example b. Non-Linear example c. Mode analysis example LSPP+LS_DYNA Basic 1. 操作介面介紹 2. 幾何建模/修模操作 3. 1D/2D/3D 網格建立 4. 後處理功能介紹

1).Explicit Example顯示求解範例 a. Shock Test b. Drop Test c. Impact Test 2).Implicit Example 隱示求解範例 a. Linear example b. Non-Linear example c. Mode analysis example LS-DYNA Explicit Adv. 1.Explicit 指令介紹 2.Explicit 重啟動分析 3.Explicit / Implicit Switch 4.Mass Scaling 5.Adaptive 自適化網格 LS-DYNA Implicit Adv. 1.Implicit 指令介紹 2.Implicit Linear analysis 3.Implicit Contact analysis 4.Implicit Mode analysis 5.Implcit Transient analysis

中國 FEA 活動及年會資訊


APIC LSTC LS-DYNA 教學光碟

LS-DYNA 是美國 LSTC 公司自主開發之有限元素求解器，

一直以來即為碰撞，落摔，衝擊的業界標準，近年來在隨

機振動，模態分析之開發也廣泛的被客戶採用。其搭配的

前處理軟體除了 Altair Hypermesh 外，LSTC 開發的前

處理器 LS-Prepost 也日漸成熟。反觀 Ansys-LS-DYNA

是 LSTC 授權給 ANSYS 銷售之模組，其求解功能不但受

限於授權合約有許多限制，前處理的效能也無法像

Hypermesh 一樣有效率，更無法像 LS-Prepost 支援所

有的卡片。

如果您目前是 Ansys-LS-DYNA 使用者，或是已經購買

LSTC LS-DYNA 但仍僅使用碰撞落摔功能，更或是您想要學習 LS-DYNA 軟體，愛發公司提供的 LS-

DYNA 教學光碟能協助您完整瞭解 LS-DYNA。

光碟內容：包含 Hypermesh 與 LS-prepost 兩大主題，內容有介面介紹，前處理流程及各種題型(應

力，碰撞，落摔，衝擊，模態分析，簡諧振動，頻率響應，隨機振動等)分析流程之滑鼠點擊過程影片

及聲音解說，包含範例 model 總共約 2G.

教學光碟開放索取, 詳細的課程資訊與內容, 歡迎查詢愛發公司網站

http://www.apic.com.tw/education/edu_cax.html

或來電查詢: 02 2508 3066 #231 李先生.



國內會議資訊快遞

邀編輯蘇敏/Grace Su

2013 年 10-12 月中國機械工程協會機械工業自動化分會培訓資訊

11 月 23-24 日汽車動力總成匹配與優化技術培訓班地點：北京

11 月 27-29 日汽車設計開發人機工程學專題技術培訓班地點：北京

2013 年 11 月 17-18 日

第一屆汽車智慧安全輔助技術國際研討會

地點: 蘇州

會議介紹: 本次研討會由中國汽車工程學會主辦、清華大學蘇州汽車研究院承辦，會議特邀行業

知名專家學者，共同探討汽車智慧安全輔助系統（ADAS）的技術前沿和發展趨勢。主題將涉及中

國道路交通狀況、事故現狀和汽車安全輔助技術對策，國內外 ADAS 技術的市場前景、技術現狀、

標準與法規，及我國建立 ADAS 產業聯盟的構想與規劃等。

2013 年 12 月 10 日

2013（第六屆）國際汽車技術年會

地點：上海

會議介紹：由中國汽車工業國際合作總公司與德國弗戈汽車媒體集團主辦，該年會面向未來的綠色

汽車技術，分為五個專題論壇：發動機節能減排、底盤系統、汽車電子與安全、車身及內飾、汽車

輕量化。

2014 年 3 月 18 日

2014（第二屆）國際汽車電子創新技術論壇

地點：上海

會議介紹：由德國弗戈媒體集團-AI《汽車製造業》雜誌主辦，重點探討汽車電子開發與測試技術。



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傳真：(001)-925-449-2507

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