• 仿真文件說明

        如圖1所示為二維隨機顆粒增強材料的切削仿真，顆粒在模型內部隨機分布，模型中可以通過改寫數值定義多組直徑，也可以將顆粒直徑定義在某一范圍內隨機分布，從而建立仿真所需的幾何模型。

圖1 二維顆粒增強鋁合金材料切削仿真

• 前言

        防控期間在家進行流體力學學習，對于生物流體力學中描述的流體中的微粒運動深有感觸，因而考慮到生物3D打印實驗中，無論是明膠微球混合打印、細胞擠出打印甚至是打印中氣泡的作用影響，都是不可避免的技術難點，因而對此方向進行了簡單的了解。

• 手動建模

        通過仿真研究微球增強的情況，首先就是建立高質量的仿真模型，對于此類問題，其關鍵是微球尺寸和位置的隨機性分布，因此采用Python語言進行了模型的建立。

        創建一個二維的隨機圓形顆粒模型，假設圓形顆粒的大小分為三種，半徑分別為1mm，3mm，5mm。模型的大小為100×50mm。

圖2 顆粒建模示意圖

• 隨機模型

        然后要做的就是創建顆粒的循環生成，將三種不同直徑的顆粒循環生成，此時顆粒的半徑已知，因此設置顆粒的圓心位置隨機，實現顆粒的隨機分布。為了避免顆粒之間發生相互的干涉，既避免生成的圓形之間發生重疊情況，在此基礎上需要添加判斷，成為隨機顆粒圓心位置的限制條件。

• 隨機直徑顆粒搭配

        通過以上方式生成的顆粒直徑只能是固定的幾個，為了提高仿真的真實性，比較近似的模擬顆粒直徑的分布，設計了顆粒直徑在某個尺寸范圍內，隨機生成的腳本文件，實現了直徑在一定尺寸范圍內的隨機生成。圖中尺寸范圍為0.075-0.125mm。

圖3 隨機直徑顆粒建模

• 簡單嘗試

        通過腳本文件生成了在0.075-0.125mm范圍內的隨機顆粒，模擬明膠微球，基體材料為生物材料GelMA,采用一端擠壓的方式模擬“明膠顆?！狦elMA”混合墨水的擠壓狀態和應力變化情況，以及鋁基復合材料的車削過程，分析顆粒在受力時發生的變化。

圖5 鋁基復合材料車削應力分布圖

• 擴展應用

        通過腳本文件生成的隨機顆粒，不僅可以模擬“明膠顆粒和GelMA”混合墨水在擠出式打印中的形變和受力，甚至還可以模擬“明膠顆?！狦elMA—氣泡”這種復雜混合模型在擠出式打印中的延遲和形變情況，對于精確控制墨水的擠出量具有一定的應用前景。

圖6 多材料仿真模型構建

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付費描述

二維隨機顆粒建模的仿真CAE文件和Python代碼，以及代碼的最便捷使用方式，可以實現零基礎的隨機顆粒建模操作，包學包會，。（無需子程序）