1.2 相关软件介绍

1.2.1 AUTODYN软件简介

AUTODYN是美国Century Dynamics公司于1985年在加州硅谷开发的一款软件产品，其采用有限差分和有限元技术来解决固体、流体、气体及其相互作用的高度非线性动力学问题。它提供很多高级功能，具有浓厚的军工背景，在国际军工行业占据80%以上的市场，尤其在水下爆炸、空间防护、战斗部设计等领域有其不可替代性。经过不断的发展和行业应用，AUTODYN已经成为一个拥有良好用户界面的集成软件包，包括：有限元（FE），用于计算结构动力学；有限体积运算器，用于快速瞬态计算流体动力学（CFD）；无网格/粒子方法，用于大变形和碎裂（SPH）；多求解器耦合，用于多种物理现象耦合情况下的求解；丰富的材料模型，如金属、陶瓷、玻璃、水泥、岩土、炸药、水、空气及其他的固体、流体和气体的材料模型与数据；结构动力学、快速流体流动、材料模型、冲击，以及爆炸和冲击波响应分析。AUTODYN集成了前处理、后处理和分析模块。同时，为了保证最高的效率，采取高度集成环境架构。它能够在Microsoft Windows和Linux/UNIX系统中以并行或者串行方式运行，支持共享的内存和分布式集群。图1-10所示为AUTODYN软件界面。

AUTODYN有别于一般的显式有限元或者计算流体动力学程序。从一开始，就致力于用集成的方式自然而有效地解决流体和结构的非线性行为，这种方法的核心在于复杂的材料模型与流体结构程序的无缝结合方式。目前，AUTODYN软件的主要特色功能有：

（1）流体、结构的耦合效应。

（2）拥有FE、CFD和SPH等多个求解器，并且FE可以和其他的求解器耦合。

（3）除了流体和气体，其他有强度的材料（如金属）可以运用于所有的求解器。

（4）从FE求解器到CFD求解器的完全映射功能，反之亦然。

（5）高度可视化的交互式GUI界面。

（6）求解器与前、后处理器的无缝集成。

（7）完善的材料数据库，同时包含有热力学和本构响应。

（8）在共享内存和分布式内存系统上并行和串行运算方式。

（9）资深开发者的直接指导。

（10）直观的用户界面。

（11）对于大量试验现象的验证。

在性能方面，AUTODYN的新一代有限元求解器（FE）能够实现在更短的时间内求解更大型、更复杂模型，并且与其他有限元求解器和CAE软件结合更为便利，从而大大提高了AUTODYN软件的灵活性。除了更有效、精确的FSI方法，用于多种材料计算的流体动力学（CFD）求解器也有明显增强，提高了广泛的尤其是包括振动和爆炸应用案例求解的稳健性和精确度。AUTODYN的并行能力也在诸多方面有了突破，包括CFD及其与有限元求解器的连接。同时，在新材料模拟及前后处理能力方面有了很大进步。

在模型方面，AUTODYN软件具有便捷、务实和复杂的造型特点。它具有广泛的材料模型库，可模拟几乎所有的固体、液体和气体（例如：金属、复合材料、陶瓷、玻璃、水泥、土壤、炸药）。几乎所有的状态方程、强度和失效/损伤材料模型都集成到了AUTODYN软件的材料库中。AUTODYN软件部分材料模型如图1-11所示。

在软件开放性方面，AUTODYN软件具有开放式构架。其大多数的功能，如状态方程、强度模型、损伤模型均能够实现开放式的功能。AUTODYN软件允许用户通过使用用户子程序和用户变量来实施可扩展的功能。AUTODYN拓展了ANSYS软件解决复杂问题的高速、瞬态耦合场问题的先进技术，包括有限元求解器、CFD及无网格方法。它使得ANSYS软件具备了强大的工程设计和仿真能力，为统一整合所有核心技术的ANSYS Workbench提供了技术支撑。

AUTODYN软件已经在航空航天领域、军事领域、工业领域等得到了深入广泛的应用。尤其在分析高度非线性、高速冲击载荷作用等理论和试验不容易解决的问题方面，该软件发挥了其不可替代的优势，促进了问题的解决，推动了行业的发展。以下是AUTODYN软件在实际工程应用中的案例。

图1-12给出了子弹对靶板的侵彻过程。

图1-13给出了城市中心爆炸效应分析过程。

图1-14给出了边墙破坏实际和仿真效果对比图。

图1-15给出了头盔碰撞杆的作用过程。

图1-16给出了鸟对飞行器撞击后的破坏。

AUTODYN是目前模拟结构在瞬态载荷作用过程中的变化规律和破坏形态的最好、最清晰的软件，目前已成为世界范围内研究机构进行结构动力学、快速流体流动及爆炸和冲击波响应分析的重要研究平台，具有良好的应用前景，能够较好地满足弹药爆炸毁伤仿真的需要。

1.2.2 TrueGrid软件简介

TrueGrid是美国XYZ Scientific Applications公司推出的著名、专业通用的网格划分前处理软件。其支持大部分有限元分析（FEA）及计算流体动力学（CFD）软件。它采用命令流的形式来完成整个建模过程，可以支持外部输入的IGES数据，也可以在TrueGrid中通过Block或Cylinder命令来创建基本块体，然后使用TrueGrid强大的投影功能完成各种复杂的建模。

TrueGrid作为前处理软件，可以为AUTODYN软件的仿真计算提供优秀的网格，提高计算精度和计算速度。

本书中的仿真算例除简单的模型在AUTODYN软件中直接生成外，其余均由TrueGrid生成后导入AUTODYN软件进行计算。