1.2 相關軟件介紹

1.2.1 AUTODYN軟件簡介

AUTODYN是美國Century Dynamics公司于1985年在加州硅谷開發的一款軟件產品，其采用有限差分和有限元技術來解決固體、流體、氣體及其相互作用的高度非線性動力學問題。它提供很多高級功能，具有濃厚的軍工背景，在國際軍工行業占據80%以上的市場，尤其在水下爆炸、空間防護、戰斗部設計等領域有其不可替代性。經過不斷的發展和行業應用，AUTODYN已經成為一個擁有良好用戶界面的集成軟件包，包括：有限元（FE），用于計算結構動力學；有限體積運算器，用于快速瞬態計算流體動力學（CFD）；無網格/粒子方法，用于大變形和碎裂（SPH）；多求解器耦合，用于多種物理現象耦合情況下的求解；豐富的材料模型，如金屬、陶瓷、玻璃、水泥、巖土、炸藥、水、空氣及其他的固體、流體和氣體的材料模型與數據；結構動力學、快速流體流動、材料模型、沖擊，以及爆炸和沖擊波響應分析。AUTODYN集成了前處理、后處理和分析模塊。同時，為了保證最高的效率，采取高度集成環境架構。它能夠在Microsoft Windows和Linux/UNIX系統中以并行或者串行方式運行，支持共享的內存和分布式集群。圖1-10所示為AUTODYN軟件界面。

AUTODYN有別于一般的顯式有限元或者計算流體動力學程序。從一開始，就致力于用集成的方式自然而有效地解決流體和結構的非線性行為，這種方法的核心在于復雜的材料模型與流體結構程序的無縫結合方式。目前，AUTODYN軟件的主要特色功能有：

（1）流體、結構的耦合效應。

（2）擁有FE、CFD和SPH等多個求解器，并且FE可以和其他的求解器耦合。

（3）除了流體和氣體，其他有強度的材料（如金屬）可以運用于所有的求解器。

（4）從FE求解器到CFD求解器的完全映射功能，反之亦然。

（5）高度可視化的交互式GUI界面。

（6）求解器與前、后處理器的無縫集成。

（7）完善的材料數據庫，同時包含有熱力學和本構響應。

（8）在共享內存和分布式內存系統上并行和串行運算方式。

（9）資深開發者的直接指導。

（10）直觀的用戶界面。

（11）對于大量試驗現象的驗證。

在性能方面，AUTODYN的新一代有限元求解器（FE）能夠實現在更短的時間內求解更大型、更復雜模型，并且與其他有限元求解器和CAE軟件結合更為便利，從而大大提高了AUTODYN軟件的靈活性。除了更有效、精確的FSI方法，用于多種材料計算的流體動力學（CFD）求解器也有明顯增強，提高了廣泛的尤其是包括振動和爆炸應用案例求解的穩健性和精確度。AUTODYN的并行能力也在諸多方面有了突破，包括CFD及其與有限元求解器的連接。同時，在新材料模擬及前后處理能力方面有了很大進步。

在模型方面，AUTODYN軟件具有便捷、務實和復雜的造型特點。它具有廣泛的材料模型庫，可模擬幾乎所有的固體、液體和氣體（例如：金屬、復合材料、陶瓷、玻璃、水泥、土壤、炸藥）。幾乎所有的狀態方程、強度和失效/損傷材料模型都集成到了AUTODYN軟件的材料庫中。AUTODYN軟件部分材料模型如圖1-11所示。

在軟件開放性方面，AUTODYN軟件具有開放式構架。其大多數的功能，如狀態方程、強度模型、損傷模型均能夠實現開放式的功能。AUTODYN軟件允許用戶通過使用用戶子程序和用戶變量來實施可擴展的功能。AUTODYN拓展了ANSYS軟件解決復雜問題的高速、瞬態耦合場問題的先進技術，包括有限元求解器、CFD及無網格方法。它使得ANSYS軟件具備了強大的工程設計和仿真能力，為統一整合所有核心技術的ANSYS Workbench提供了技術支撐。

AUTODYN軟件已經在航空航天領域、軍事領域、工業領域等得到了深入廣泛的應用。尤其在分析高度非線性、高速沖擊載荷作用等理論和試驗不容易解決的問題方面，該軟件發揮了其不可替代的優勢，促進了問題的解決，推動了行業的發展。以下是AUTODYN軟件在實際工程應用中的案例。

圖1-12給出了子彈對靶板的侵徹過程。

圖1-13給出了城市中心爆炸效應分析過程。

圖1-14給出了邊墻破壞實際和仿真效果對比圖。

圖1-15給出了頭盔碰撞桿的作用過程。

圖1-16給出了鳥對飛行器撞擊后的破壞。

AUTODYN是目前模擬結構在瞬態載荷作用過程中的變化規律和破壞形態的最好、最清晰的軟件，目前已成為世界范圍內研究機構進行結構動力學、快速流體流動及爆炸和沖擊波響應分析的重要研究平臺，具有良好的應用前景，能夠較好地滿足彈藥爆炸毀傷仿真的需要。

1.2.2 TrueGrid軟件簡介

TrueGrid是美國XYZ Scientific Applications公司推出的著名、專業通用的網格劃分前處理軟件。其支持大部分有限元分析（FEA）及計算流體動力學（CFD）軟件。它采用命令流的形式來完成整個建模過程，可以支持外部輸入的IGES數據，也可以在TrueGrid中通過Block或Cylinder命令來創建基本塊體，然后使用TrueGrid強大的投影功能完成各種復雜的建模。

TrueGrid作為前處理軟件，可以為AUTODYN軟件的仿真計算提供優秀的網格，提高計算精度和計算速度。

本書中的仿真算例除簡單的模型在AUTODYN軟件中直接生成外，其余均由TrueGrid生成后導入AUTODYN軟件進行計算。