1. 隨機骨料模型

           混凝土、瀝青混合料等顆粒增強復材料的級配及骨料含量顯著影響其宏觀力學特性。為了最優化混凝土、瀝青混合料等顆粒增強復材料的力學性能，對其細觀結構開展數值模擬仿真分析，開展級配優化設計和研究具有重要的意義。而建立包含隨機形狀，隨機尺寸和隨機位置的骨料顆粒是進行顆粒增強復合材料力學性能數值模擬分析的前提和基礎。 此外在磨削分析中，將磨料建模為指定粒徑的隨機凸多面體可更好的考慮磨具中的磨粒對被磨削固體表面擠壓和沿表面運動所引起的損失或材料流失。

2.建模方法

        目前對于三維隨機骨料模型，主要有以下三種建模方法：

        方法一：將顆粒增強復合材料結構離散為體素模型，根據骨料含量模型中的一部分單元被假設為增強材料（骨料），另一部分單元作為基體材料（水泥、瀝青、樹脂等），該模型可用于研究骨料含量對材料力學性質的影響。

        方法二：將顆粒增強復合材料中的增強材料（骨料）假設為圓形、橢圓形或正多面體顆粒；該模型可考慮骨料的含量、隨機分布和級配，但是由于骨料的形狀為固定形狀（與實際相差太遠），無法體現不同骨料之間的形狀特點的隨機性。

        方法三：將顆粒增強復合材料中的骨料結構考慮為隨機多面體，該模型可較好的考慮骨料的含量、隨機分布、級配和骨料形狀的隨機性。

        本文主要介紹該類型隨機多面體（多邊形）骨料模型的建模方法。

    3.單個隨機多面體（多邊形）骨料模型

       本文按照以下步驟，基于ABAQUS開發Python腳本：

        第一步根據所需的骨料級配，在一定粒徑下建立所需尺寸的外接球。

        第二步建立與球體外切的正六面體模型。

        第三步對正六面體模型進行隨機切割，切割過程中應保證骨料模型為凸多邊形。

        第四步取出所需的隨機多面體骨料模型。

4.主要代碼

        開發單個三維隨機骨料模型可先在ABAQUS/CAE中進行建模，然后參考rpy文件生成的python腳本，選擇所需的語句進行開發。小編為大家提供了部分代碼如下（主要摘自rpy文件，僅供參考），如需完整代碼或者python開發教學可聯系小編（qq1871858827）。

一定級配下生成隨機粒徑	import random myradius = random.uniform(r_min,r_max)
生成球體	s = mdb.models[ModelName].ConstrainedSketch(name='__profile__', sheetSize=R*5) s.ArcByCenterEnds(center=(0.0, 0), point1=(0.0, R), point2=(0.0, -R), direction=CLOCKWISE) p = mdb.models[ModelName].Part(name='Part-l', dimensionality=THREE_D, type=DEFORMABLE_BODY) p.BaseSolidRevolve(sketch=s, angle=360.0, flipRevolveDirection=OFF)
生成正六面體	mdb.models['Model-1'].sketches['__profile__'].rectangle(point1=(0.0, 21.25), point2=(23.75, 0.0)) mdb.models['Model-1'].Part(dimensionality=THREE_D, name='Part-2', type=DEFORMABLE_BODY) mdb.models['Model-1'].parts['Part-1'].BaseSolidExtrude(depth=20.0, sketch=mdb.models['Model-1'].sketches['__profile__'])
進行切分操作	mdb.models['Model-1'].parts['Part-1'].PartitionCellByPlanePointNormal(cells= mdb.models['Model-1'].parts['Part-1'].cells.getSequenceFromMask(('[#1 ]', ), ), normal=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1'].edges[10], point= mdb.models['Model-1'].parts['Part-1'].InterestingPoint( mdb.models['Model-1'].parts['Part-1'].edges[10], MIDDLE))

5.效果展示

        小編應用自己開發的腳本生成了一系列的隨機多面體骨料模型，如下。可見隨著多面體的階數增加，根據小編提供的建模方法建模得到的隨機多面體骨料模型趨于球體。