这是《工业软件公司100》的第24篇。每期一家，摸清工业软件家底。昨天我们聊了ADINA，那个50年不上市、只在非线性窄赛道上死磕的“学术贵族”。在流固耦合这个领域，ADINA是公认的老大。但在另一个和“流固耦合”沾边、但更“暴力”的领域——碰撞、冲击、爆炸——ADINA得让位。你开的车，在上市之前，大概率在电脑里被它“撞”过几百次。甚至你坐的飞机，被鸟撞一下会不会出事，也是它算的。1976年，美国加利福尼亚州，劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）。这是美国最主要的核武器设计实验室之一。冷战期间，这里的科学家们天天琢磨一件事：怎么让核弹更“好用”？一个叫John O. Hallquist的年轻工程师，刚拿到密歇根理工大学的博士学位，加入了这里的武器实验室。在那个年代，做核试验是被禁止的（大气层核试验条约）。你想知道一颗新设计的核弹炸起来怎么样，不能在沙漠里真的炸一颗——你得在电脑里炸。普通的有限元分析（像Ansys做的那种），算的是“慢慢来”的问题——一个零件慢慢受力，慢慢变形，慢慢变热。一颗炸弹爆炸，整个过程可能只有几毫秒。材料在极短的时间内被撕裂、熔化、飞散。这种问题，用普通的有限元方法算，电脑会“崩溃”——因为时间步长太小，算到天荒地老也算不完。Hallquist用的方法叫“显式时间积分”——简单说，就是不求解复杂的方程组，而是“一步推一步”地往前算。速度快，但每一步的精度要求很高。1976年，Hallquist在LLNL写出了第一个版本的程序，名字叫DYNA3D。DYNA3D的源代码是公开的（Public Domain）。在那个没有互联网的年代，DYNA3D的代码被印成“蓝皮书”，被邮寄到全世界各地的研究机构和大学。有限元学界疯了——因为这是第一个能算大变形、高速冲击的公开程序。你想研究一颗子弹打穿钢板？用DYNA3D。你想研究一辆车撞墙？用DYNA3D。你想研究一个核弹爆炸？——本来就是为这个写的，当然用DYNA3D。后来的很多显式动力学软件——包括一些商业软件——底层都流着DYNA3D的血。“你用的任何一款显式动力学软件，往上追三代，大概率是DYNA3D。”二、封神：从“国家实验室代码”到“商业霸主”（1987-1997）1987年，Hallquist做了一个决定：出来创业。他在利弗莫尔（那个国家实验室所在的小镇）成立了一家公司，名字叫Livermore Software Technology Corporation——简称LSTC。公司成立的第二年（1988年），LSTC推出了DYNA3D的商业化版本——LS-DYNA。LS-DYNA的“LS”，就是Livermore Software的缩写。LS-DYNA的商业化，恰逢一个“历史性机遇”——汽车工业的碰撞安全法规。1990年代，美国、欧洲、日本先后出台了严格的汽车碰撞安全标准。新车上市前，必须通过一系列碰撞测试——正面撞、侧面撞、后面撞、柱状撞……一辆车撞废了，数据拿回来，分析，改设计，再造一辆，再撞。撞一辆车，成本几十万美元。一个车型的开发周期里，可能要撞几十辆甚至上百辆。汽车厂们疯了一样地寻找“不用真车也能预测碰撞结果”的方法。汽车厂发现：LS-DYNA不仅能算炸弹爆炸，还能算汽车撞墙。而且算得又快又准。你给LS-DYNA一个汽车的CAD模型，设置好材料参数（钢的强度、铝的韧性、塑料的脆性……），再设置一个“墙”，点一下“计算”。几个小时后（早期可能是一两天），LS-DYNA会告诉你：你不需要造真车，不需要撞真车，就能知道这辆车安不安全。据统计，全球超过80%的汽车制造商将LS-DYNA作为首选碰撞分析工具。1997年，LSTC做了一次重大整合——把DYNA2D、DYNA3D、热分析程序等打包成一个统一的软件，就叫LS-DYNA（不再带版本后缀）。从此，LS-DYNA不再只是一个“碰撞软件”，而是一个多物理场仿真平台。三、进化：“One Code， One Model”的野心LS-DYNA有一个“野心勃勃”的理念，写在了它的旗帜上：“One Code, One Model, Multi-physics, Multi-solutions”——一套代码，一个模型，多物理场，多解法。你想算结构——有。你想算流体——有（ALE法、ICFD、CESE）。你想算热——有。你想算电磁——有（R7.0加入）。你想算粒子——有（SPH、DEM、CPM）。你想算声学——有（NVH）。你想算电池——有（R12加入*BATTERY关键字）。而且，这些不同的物理场可以在同一个模型里耦合计算。你不需要把模型从结构软件导到流体软件，再导到电磁软件——LS-DYNA一个软件全包了。汽车：碰撞仿真（结构）+ 安全气囊展开（流体-结构耦合）+ 电池热失控（热-电-结构耦合）航空航天：鸟撞发动机叶片（流体-结构耦合）+ 复合材料冲击（材料非线性）电子：手机跌落（结构）+ 芯片散热（热）+ 电磁兼容（电磁）军工：弹丸穿甲（大变形+材料失效）+ 爆炸冲击波（流体-结构耦合）生物医学：人工心脏瓣膜（流固耦合）+ 骨科植入物（结构+疲劳）LS-DYNA的求解器从设计之初就为大规模并行计算而生。你可以在几百个CPU核心上同时跑一个模型，几天的工作量压缩到几小时。白天设计师改模型，晚上提交到计算集群，第二天早上看结果，再改，再算。没有LS-DYNA，一辆车的开发周期可能要延长一两年。四、联姻：Ansys的7.75亿美元“聘礼”（2019）9月，Ansys宣布：以7.75亿美元全资收购LSTC。7.75亿美元——Ansys历史上规模最大的收购之一。有意思的是，Ansys和LSTC的“姻缘”，早在1996年就开始了。那时候，Ansys就把LS-DYNA的求解器“包”进了自己的产品里，叫Ansys LS-DYNA。2013年，LS-DYNA被集成到Ansys Workbench平台——工程师可以用Ansys的界面来前后处理LS-DYNA的模型。Ansys在常规的结构分析（隐式）上是王者，但在高速碰撞、大变形这类显式动力学问题上，一直不够强。Ansys的算盘是：隐式（Ansys Mechanical）+ 显式（LS-DYNA），一个平台全包了。因为Ansys给了LSTC一个承诺：LS-DYNA的品牌保留，团队保留，独立运营。这和达索收购SolidWorks的逻辑如出一辙——买下它，但不毁了它。LSTC的创始人Hallquist说了一句话，挺实在：“加入Ansys后，LS-DYNA将获得更多的研发资源，更广的销售渠道，更快的发展速度。”翻译成人话：Ansys有钱，有人，有渠道。LS-DYNA的技术加上Ansys的平台，1+1>2。被Ansys收购后，LS-DYNA的发展不但没减速，反而加速了。- 2023年（R14.0）：SPH/ISPH功能增强、基于机器学习的复合材料多尺度分析、ICFD求解器新增Block Low-Rank分解、NVH声学功能扩展
- 2024-2025年：持续深化与Ansys Workbench的集成
而且，LS-DYNA的研发团队也从最初的几个人，发展到了100多人。这些工程师们分布在单元技术、材料模型、接触算法、流体求解器、电磁求解器、高性能计算等各个方向。LS-DYNA今天的“版图”，已经远远超出了“碰撞仿真”的范畴。六、LS-DYNA在中国：几乎每个汽车工程师的“必修课”LS-DYNA进入中国的时间，比很多工业软件都早。1990年代末，中国汽车工业开始“起飞”。合资车企进来了，自主品牌开始萌芽。碰撞安全法规也越来越严。今天，中国几乎所有的汽车主机厂——无论是合资（大众、丰田、通用）还是自主（比亚迪、吉利、长城、长安）——都在用LS-DYNA做碰撞仿真。“我们一个新车型的开发周期里，要跑上千个LS-DYNA工况。白天设计师改模型，晚上我们提交计算，第二天早上看结果。没有LS-DYNA，我们不可能在两年内推出一款新车。”LS-DYNA在中国有一个“官方”的合作伙伴——上海仿坤软件科技有限公司（LSTC在中国的授权代理商）。如果你是一个搞CAE的工程师，想学LS-DYNA，找他们准没错。John Hallquist的故事，最打动人的不是LS-DYNA的成功，而是他的坚持。1974年博士毕业后，他进入LLNL，一干就是13年。1987年，他决定出来创业——那时候他已经44岁了。44岁，在硅谷已经是“老人”了。但他带着DYNA3D的代码，从一间小办公室开始，一步步把LS-DYNA做成了行业标准。2007年，Hallquist当选为美国国家工程院院士。一个从国家实验室走出来的工程师，用30年时间，把一个“算核弹”的程序，变成了全球汽车、航空、电子、军工行业不可或缺的工具。今天，Hallquist已经80多岁了。据说他偶尔还会出现在LSTC的办公室里，和年轻的工程师们聊聊算法、聊聊代码。他没有像其他创始人那样“功成身退”，然后去做投资、去做慈善。今天我们聊了LS-DYNA，那个从核弹仿真“生”出来、如今撞遍全球汽车的“暴力计算之王”。有时候，一个“算核弹”的程序，最后用得最多的地方，是让你开车更安全。这家公司和今天这位“有缘”——它也是做有限元的，但它不做非线性，不做碰撞，不做爆炸。而且它做的“流体”，不是飞机汽车外面的空气，而是——管道、阀门、泵、叶轮里面流动的液体和气体。它叫CFX。后来被ANSYS收购，成了ANSYS CFX。和Fluent一起，并称ANSYS流体的“双子星”。1980年代，英国原子能管理局的一群科学家，为了算核反应堆里的冷却剂流动，写了一套程序。后来这套程序被商业化，变成了CFX。再后来，ANSYS花了数亿美元把它买了下来。
一个是“政府实验室”出身，一个是“核武实验室”出身——CFX和LS-DYNA，真是“同门师兄弟”。
本文参考了官网公开资料、历年财报、行业媒体（如Engineering.com、DEVELOP3D）报道及科技博客分析。部分数据和表述基于公开信息整理。
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