1. 插件啟動(dòng)方式

首先啟動(dòng)Abaqus界面，單擊菜單欄AbqVoronoi，點(diǎn)擊子菜單中的選項(xiàng)可啟動(dòng)不同的晶體模型生成模塊，包括：Voronoi2D模塊(生成二維Voronoi模型)、Voronoi3D模塊(生成三維Voronoi模型)、VoronoiEG模塊(生成網(wǎng)格型Voronoi模型)和VoronoiTool(其他輔助工具)，如圖所示：

圖1.1 啟動(dòng)三維多晶模型生成插件

2. Voronoi2D模塊

Voronoi2D模塊包括：Basic Voronoi2D和BSpline Voronoi2D模塊，其中Basic Voronoi2D模塊可生成矩形和圓形邊界的二維Voronoi晶體模型；BSpline Voronoi2D模塊可生成在每個(gè)晶胞中填充B樣條曲線的模型。

2.1 Basic Voronoi2D模塊

BSpline Voronoi2D模塊用戶輸入界面如下：

圖2.1 Basic Voronoi2D模塊矩形邊界模型用戶界面

圖2.2 Basic Voronoi2D模塊圓形邊界模型用戶界面

2.2 BSpline Voronoi2D模塊

BSpline Voronoi2D模塊用戶輸入界面如下：

圖2.3 BSpline Voronoi2D模塊用戶輸入界面

3. Voronoi3D模塊

Voronoi3D模塊包括：Basic Voronoi3D模塊、Multiphase Voronoi3D模塊、Weighted Voronoi3D模塊、Gradient Voronoi3D模塊和UserDefine Voronoi3D模塊。

3.1 Basic Voronoi3D模塊

Basic Voronoi3D模塊生成長(zhǎng)方體邊界模型的用戶輸入界面如下：

圖3.1 Basic Voronoi3D模塊長(zhǎng)方體邊界模型用戶輸入界面

Basic Voronoi3D模塊生成圓柱體邊界模型的用戶輸入界面如下：

圖3.2 Basic Voronoi3D模塊圓柱體邊界模型用戶輸入界面

Basic Voronoi3D模塊生成球體邊界模型的用戶輸入界面如下：

圖3.3 Basic Voronoi3D模塊球體邊界模型用戶輸入界面

Basic Voronoi3D模塊生成拉伸模型的用戶輸入界面如下：

圖3.4 Basic Voronoi3D模塊拉伸模型用戶輸入界面

3.2 Multiphase Voronoi3D模塊

Multiphase Voronoi3D模塊的用戶輸入界面如下：

圖3.5 Multiphase Voronoi3D模塊用戶輸入界面

Cell Size輸入?yún)?shù)說明：(1) Size[radius]列指該相晶體的半徑大小，記為; (2) Num列指該相晶體的數(shù)量，記為。和需保證以下關(guān)系：

式中為多相晶體相數(shù)，為長(zhǎng)方體總體積。

該模塊支持用戶輸入固定位置晶胞，點(diǎn)擊“Set Fixed Grain”按鈕可進(jìn)行相應(yīng)輸入，輸入界面如下：

圖3.6 固定晶胞參數(shù)輸入界面

3.3 Weighted Voronoi3D模塊(測(cè)試版)

Weighted Voronoi3D模塊的用戶輸入界面如下：

圖3.7 Weighted Voronoi3D模塊的用戶輸入界面

Cell Info輸入?yún)?shù)說明：(1) Ratio列指該相晶體體積和占體積的比率，記為，必須保證; (2) Num列指該相晶體的數(shù)量。Ratio列中支持存在一個(gè)為“-1”的值，其Ratio值為。

3.4 Gradient Voronoi3D模塊

Gradient Voronoi3D模塊的用戶輸入界面如下：

圖3.8 Gradient Voronoi3D模塊用戶輸入界面

Cell Size輸入?yún)?shù)說明：Size Limit代表Z方向上下邊界的晶體大致半徑，支持3種分布：Ramp、Pow2和UDF（用戶自定義尺寸場(chǎng)），前兩種分布晶體大致大小隨Z的變化如下：

圖(a) Ramp分布

圖(b) Pow2分布

圖3.9 Gradient Voronoi3D模塊晶體大小分布

對(duì)于UDF分布，用戶需自己使用Python編程語言編寫一個(gè)尺寸場(chǎng)分布程序，即復(fù)寫getSize(x, y, z)函數(shù)中的內(nèi)容，函數(shù)返回值為一個(gè)大于0的浮點(diǎn)數(shù)，其意義為該點(diǎn)的晶體尺寸(半徑)。

例如：在1×1×1的方盒中，晶體在方盒中的尺寸分布為：

將該尺寸分布函數(shù)轉(zhuǎn)為Python程序，參考示例如下：

1. #coding:utf-8

2. import math

3. 
   

4. def getSize(x, y, z):

5.    ################################################

6.    size = 0.2*math.sqrt((x-0.5)**2+(y-0.5)**2)+0.025

7.    ################################################

8.    return max(size, 1E-5)

9.        

10. if __name__ == "__main__":

11.    print(getSize(0., 0., 1.))

   

3.5 UserDefine Voronoi3D模塊

UserDefine Voronoi3D模塊生成用戶輸入界面如下：

圖3.10 UserDefine Voronoi3D模塊自定義Part用戶輸入界面

圖3.11 UserDefine Voronoi3D模塊自定義形核點(diǎn)用戶輸入界面

4. VoronoiEG模塊

VoronoiEG模塊包括：Basic VoronoiEG和Smoothing VoronoiEG子模塊；

4.1 Basic VoronoiEG模塊

Basic VoronoiEG模塊用戶輸入界面如下：

圖4.1 Basic VoronoiEG模塊用戶輸入界面

4.2 Smoothing VoronoiEG模塊

Smoothing VoronoiEG模塊用戶輸入界面如下：

圖4.2 Smoothing VoronoiEG模塊用戶輸入界面

其中參數(shù)Type有兩個(gè)可選項(xiàng)，分別為Closed和Open。Close代表所有晶體均封閉；Open代表邊界處的晶體為開口狀態(tài)。

5. 其他工具

目前插件提供晶體隨機(jī)取向設(shè)置模塊，其用戶界面如下圖所示：

圖5.1 晶體隨機(jī)取向設(shè)置模塊用戶界面

其中Rotation Type參數(shù)有4個(gè)可選項(xiàng)，分別為Full Random、X Rotation、Y Rotation和Z Rotation。Full Random表示晶體取向完全隨機(jī)；X Rotation表示所有晶體取向的X方向不變；其他兩個(gè)選項(xiàng)亦同。

6. 插件通用參數(shù)說明

(1) 生成算法：Uniform和Random算法。Uniform生成的模型每個(gè)晶體大小比較均勻，Random算法生成的模型晶體大小比較隨機(jī)，并受最小距離約束(該參數(shù)可一定程度控制晶體均勻度)

圖(a) Random算法

圖(b) Uniform算法

圖6.1不同生成算法生成的晶體模型結(jié)果

(2) Gap參數(shù)：Gap參數(shù)用于設(shè)置晶界的厚度。若Gap值設(shè)置為0，代表晶體無實(shí)體晶界；若Gap值設(shè)置大于0，則會(huì)在所有晶體間生成指定厚度的實(shí)體晶界，厚度值為Gap值，如圖所示：

圖6.2 晶體實(shí)體晶界厚度示意圖

7. 其他可間接生成的模型

7.1 線框模型

生成的Voronoi模型經(jīng)過處理后可生成如下圖所示的線框模型，可用于梁/桿單元有限元分析：

圖7.1 線框模型示例

7.2 泡沫結(jié)構(gòu)模型

插件生成的Voronoi模型經(jīng)過處理后可得到泡沫結(jié)構(gòu)模型，可用于泡沫結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能有限元分析，可生成的泡沫結(jié)構(gòu)模型的類型如下：

圖(a) 殼模型	圖(b) 實(shí)體模型
圖(c) 網(wǎng)格模型	圖(d) 特殊分布模型(Weighted模型)

圖7.2 泡沫結(jié)構(gòu)模型示例

注：任何可生成三維幾何Voronoi模型的模塊均可用于創(chuàng)建泡沫結(jié)構(gòu)模型。

7.3 支撐結(jié)構(gòu)模型

插件可對(duì)自定義模型生成Voronoi支撐結(jié)構(gòu)，示例如下：

圖7.3 支撐結(jié)構(gòu)模型示例

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