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跨尺度模型

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創建者：CPFEM工作室 創建時間：2022-12-06

跨尺度模型的視頻教程

難加工材料切削優化的多尺度分析與跨技術關聯性研究
難加工材料切削優化的多尺度分析與跨技術關聯性研究

在航空航天、能源動力等高端制造領域，難加工材料構件的精密制造已成為制約裝備性能提升的關鍵瓶頸。以航空發動機渦輪盤、鈦合金薄壁構件為典型代表，這類構件通常要求在極端工況下保持結構完整性與功能穩定性，其制造過程面臨著材料切削性能與加工質量控制的雙重挑戰。

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ABAQUS子結構和子模型綜合網課(結構多尺度)
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結構多尺度建模-python二次開發對odb結果中宏觀模型局部的節點位移場輸出/歷史時間輸出提取、宏觀模型單元節點拓撲位置關系重構為細觀模型part實體、從宏觀模型提取某局部部分的邊界條件加載到細觀子模型或代表體積單元(RVE)上（位移、應力邊界條件一致）。

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1-35基于matlab的多尺度排列熵（MPE）模型
1-35基于matlab的多尺度排列熵（MPE）模型

基于matlab的多尺度排列熵（MPE）模型，首先通過對多尺度排列熵算法的參數時間序列長度 N、嵌入維數 m、延遲時間 t 和尺度因子 s 進行研究，得出對其參數優化的必要性。進而在綜合考慮參數影響的基礎上，以多尺度排列熵的偏度構造目標函數，利用粒子群優化算法(PSO)對多尺度排列熵算法(MPE)的參數進行尋優，得到最優參數。程序已調試通過，可直接運行。 購買后可下載視頻中的源程序文件。

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跨尺度模型圖1

跨尺度模型的實例教程

為了克服多尺度模型在單個尺度上預測的不足，來自凝固加工國家重點實驗室的Xinxin Sun等人將元胞自動機晶體塑性有限元法和人工神經網絡巧妙地結合起來，建立了從代表體積元(RVE)到組分的跨尺度整體預測模型。CACPFEM模型充分耦合了非均勻變形和微觀結構演變，如動態再結晶(DRX)，用于解釋RVE的響應。為了反映應變率、溫度、微觀結構和變形模式對響應的依賴性，對RVE施加了大量恒定和變化的加載路徑。所有的響應(包括力學和微觀結構的響應)形成了一個巨大的數據庫，在此基礎上，通過訓練、驗證、測試和循環優化，建立了具有Marquardt-Levenberg (M-L)算法的反向傳播(BP) ANN模型。人工神經網絡模型的輸出設置為微觀結構演變(包括DRX體積分數和平均晶粒尺寸)和取決于加載路徑和微觀結構的J2-JBOY3樂隊本構模型的動態變化的宏觀尺度參數，然后應用于有限元模型以預測部件的響應。因此，建立了一座橋梁來連接RVE和組件的響應。反過來，部件局部區域的變形歷史也可以應用于RVE，以進一步研究微尺度變形機制和微結構演化。利用跨尺度模型，得到了反映各向異性、拉壓不對稱性、應變率、溫度、微觀結構和變形模式依賴性的結果。它得益于基于物理的CACPFEM、依賴于變形條件和微結構演化的J2-JBOY3樂隊本構模型、優化的ANN模型以及它們的創新組合。優化策略保證了跨尺度預測的準確性。跨尺度模型在旋轉坯料單軸壓縮中的應用以及在新形狀坯料的屈服面預測和鍛造過程中的推廣，表明了該模型的跨尺度預測能力。 圖1 跨尺度模型的框架 跨尺度模型的框架，如圖1所示，該框架基于四個部分和三種優化方法的組合。 CACPFEM用于數據樣本生成:CACPFEM模型充分耦合了非均勻變形、力學響應和微結構演化之間的相互作用。
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圖1　跨尺度有限元鉆孔原理圖 在RVE模型上選取多個參考點來計算纖維和基體的微觀應力。同時，在三個方向和剪切面分別施加不同法線方向和剪切方向的荷載，可以得到相應的應力響應。本研究選取最危險的點來判斷RVE模型在多軸加載下的單元失效，如圖2所示。 圖2　RVE模型和在纖維和基體成分中的相應參考點 如圖3所示，11、22、33、12、23、13分別表示沿X、Y、Z方向的三個單軸拉伸，以及沿Z、X、Y平面的宏觀剪切。 圖3　RVE模型的宏觀應力載荷 圖4a給出了損傷前后纖維受拉和壓縮的應力-應變行為。另外，該文采用Von Mises屈服準則對基體的拉、壓破壞準則進行預測，如圖4 b所示。 圖4　纖維和基體在拉伸和壓縮下的應力-應變行為 圖5為通過VUMAT實現的邏輯算法流程圖，跨尺度數值實現的過程主要分為三個步驟。 圖5 ABAQUS/ Explicit中對跨尺度模型的VUMAT數值算法流程圖 圖6為混合模型的牽引-分離關系圖。 圖6 雙線性內聚模型（混合模式） 圖7a給出了開發的ABAUQS-Python代碼腳本。 圖7 用于計算RVE中SAFs的ABAQUS-Python代碼腳本流程圖 根據文獻中RVE模型的分析結果，可以將RVE各點的微觀應力分布視為SAFs，如圖8和圖9所示。 圖8 纖維參考點中的SAFs 圖9 基體參考點中的SAFs 利用ABAQUS/Explicit軟件建立了相應碳纖維復合材料的鉆孔三維有限元模型。相應的鉆孔CERPs跨尺度有限元模型和TDR參數如圖10所示。
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此外，軟件構建的光學模型能夠自動適配主流供應商的光學元件數據庫，為光學研究與實踐提供了極具價值的專業工具支持。 應用領域 OAS光學軟件在汽車制造、通信工程、虛擬現實、安防監控、工業檢測、光學儀器研發以及激光加工等眾多領域都有著極為廣泛且深入的應用。其憑借著先進的算法和強大的功能模塊，能夠精準地模擬光線傳播、分析光學系統的性能，為各領域的光學設計項目提供全面且高效的解決方案。 軟件主界面 軟件特色 OAS光學軟件支持從幾何光學到波動光學的跨尺度仿真，實現幾何光學下的序列與非序列光線追跡，以及波動光學的全維度分析，能夠滿足車燈設計、鏡頭像質評估、微納光學器件、激光應用系統、光波導系統等前沿領域的需求，為客戶提供全面且專業的解決方案。 02/幾何光學 在幾何光學領域，OAS 軟件基于光線追跡核心算法，為光學系統的研究與設計提供了高效、精準的一體化分析手段。 成像設計解決方案 光學軟件為成像系統設計提供從建模、優化到分析的一體化平臺。它支持從基礎透鏡到復雜多重結構系統的建模，可靈活設置孔徑、視場等關鍵參數并進行實時光路預覽。軟件內置優化算法，支持像差自動校正、多配置優化和公差分析，能針對多目標進行自動化迭代優化。在分析方面，軟件提供全面的像質評估工具，包括MTF、點列圖、波前圖等，支持對成像系統的核心性能進行專業評估。 照明與汽車光學解決方案 軟件為照明和車燈設計提供了強大的虛擬仿真與優化功能，能夠進行精準的光學性能與效果分析，完成自動化參數優化與方案驗證。
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本項目基于 OAS 光學軟件，通過幾何與波動光學跨尺度仿真、光機一體化建模及多維度性能優化，構建高性能投影物鏡方案，突破傳統設計中像差耦合、雜散光干擾等核心瓶頸。 案例設置與操作 模型構建 依托 OAS 光學元件數據庫，精準導入透鏡組、光學支架等核心組件參數，快速搭建投影物鏡完整光學模型。利用軟件內置輕量化 CAD 核心，實現光學透鏡與機械結構的一體化建模，支持參數化與自由建模雙模式，精準控制透鏡間距、面形公差至微米級，避免機械結構對光路的遮擋與干擾，保障光學系統與機械結構的適配性與穩定性。 參數配置 以高分辨率、低畸變及大視場為核心設計目標，針對性設定光學性能、結構適配、場景應用等關鍵參數。通過 OAS 實時光路預覽功能，動態觀測不同參數下的光路傳播狀態，實時優化透鏡面形、曲率及組間排布方式，確保在光學系統緊湊設計的基礎上，滿足光刻、投影顯示等不同場景的成像需求。
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案例設置與操作 模型構建 基于 OAS 軟件光波導模塊與 CAD 建模內核，搭建 AR?HUD 衍射波導完整 3D 模型，精準還原波導基板關鍵參數，匹配實際工程加工標準。軟件自動生成衍射光波導初始模型，支持 k 空間可視化與光柵結構參數化編輯，可快速導入實測輪廓數據或自定義光柵形貌，完成耦入 / 耦出 / 擴瞳光柵的一體化建模，確保系統裝配關系與光路傳輸路徑高度貼合實裝狀態。 探測器與參數設置 對 OAS 軟件分布式探測器進行精細化配置，依據車載 AR?HUD 視場、出瞳直徑、眼動范圍與工作波段設定接收區域、光線閾值與采樣密度。開啟偏振分析、衍射效率計算、足跡分析及 PSF/MTF 評估功能，精準捕捉光束耦入、波導內全反射、擴瞳及耦出全過程的光場分布、能量衰減與像質變化，保障仿真數據的客觀性與針對性，為系統性能量化評估提供穩定可靠的檢測基礎。 分析優化 采用 OAS光線/光束序列/非序列追跡，完成從投影光機到眼盒的全系統非序列仿真，生成 3D 光束傳播追跡圖，直觀呈現衍射、反射與擴瞳路徑。依托輻照度、衍射效率、視場均勻性與像質分析工具，量化輸出耦合效率、能量均勻性、色偏及 MTF 曲線，快速定位光柵參數誤差、波導缺陷與雜散光來源。結合軟件自動優化引擎，對光柵周期、深度、占空比及波導傾角進行多目標迭代優化，提升耦合效率與視場均勻性，抑制色散與雜散光，在設計階段完成性能達標驗證，顯著縮短開發周期與試驗成本。
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跨尺度模型圖2

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跨尺度模型的最新內容

2.3 Ansys Speos：系統級集成與光學仿真分析 作為仿真流程核心載體，承擔模型集成、三維場景搭建、光線追跡、性能仿真、人眼感知評估全流程工作： 無縫導入Zemax鏡頭.odx文件與Lumerical光柵JSON文件，實現跨尺度模型融合； 構建車載三維場景，包含風擋、光波導、外殼等幾何結構，還原真實裝車環境； 基于CPU/GPU并行計算，開展非序列光線追跡，輸出光譜輻照度
簡介 DMD 投影燈是以數字微鏡器件為核心的高精度數字光學投影系統，通過光源準直勻化、DMD 芯片像素級光調制及投影物鏡成像的協同設計，實現數字信號到高清光影的精準轉換，可顯著提升投影畫面分辨率、對比度與亮度均勻性。本案例依托 OAS 光學軟件完成 DMD 投影燈全鏈路建模、光線追跡與性能優化，驗證系統照明均勻性、成像質量及雜散光抑制水平，為工程化設計提供可靠仿真依據。 案例設置與操作
AR?HUD 衍射波導案例分析 簡介 AR?HUD 衍射波導是車載增強現實顯示的核心光學組件，通過納米級衍射光柵與平面波導協同工作，完成投影光機圖像光束的高效耦入、全反射傳輸、擴瞳與耦出，實現導航、預警等虛擬信息與真實路況的精準疊加，顯著提升駕駛安全性與智能座艙交互體驗。傳統設計依賴多軟件協同與物理迭代，周期長、成本高、精度受限，本案例依托 OAS
投影物鏡案例分析 簡介 投影物鏡作為光刻、投影顯示等領域的核心光學成像系統，由前級聚光、中繼像差校正及后級投影多組透鏡單元構成，通過多級光線會聚與像差校正消除球差、色差等畸變，實現大視場、高分辨率的清晰成像，其成像精度與畸變控制能力直接決定終端設備的性能表現，需嚴格滿足高精度光學系統的設計標準。本項目基于 OAS 光學軟件，通過幾何與波動光學跨尺度仿真
目錄 01 ｜軟件概述 02 ｜幾何光學解決方案 03 ｜波動光學解決方案 04 ｜軟件試用申請/聯系我們 01/軟件概述
2、全尺度熱仿真 可實現從封裝級、PCB級到系統級的全尺度建模；可支持跨尺度、曲面模型的正交網格剖分；可覆蓋自然輻射散熱、強制風冷、混合液冷、相變制冷、熱電制冷等豐富的散熱場景。 3、高效分析 耦合式CFD求解算法，具備更好的收斂性；自動計算合理的初始場、求解控制參數與收斂條件，簡化設置要求；結果可視化，自動統計器件的流動傳熱數據，迅速定位散熱瓶頸。
摘 要 有限元計算分析對橋梁檢測起到了至關重要的作用， 但為了獲得更高的計算精 度，精細化網格劃分造成的計算成本也成倍增加。為了平衡二者的對立關系，以 ABAQUS 軟件 為依托，將橋梁檢測中重點區域進行精細化建模，并準確、合理地連接到整體模型中，以此建立 可以細致分析重點區域受力情況的多尺度有限元模型，利用 3 種不同精度的網格劃分方法，通 過矩形截面簡支梁計算驗證了多尺度有限元模型結合面連接形式的正確性
標題：Scale effects in AR model real-time ship motion prediction 作者：Jiang Hua, ShiLiang Duan, Limin Huang, Yang Han, Heng Yang, and Qingwei Ma.
文章信息 Adaptive multiscale convolutional neural network model for chemical process fault diagnosis Ruoshi Qin (秦若時), Jinsong Zhao (趙勁松) Volume 50, October 2022, Pages 398?411 https://doi.org/10.1016/j.c
圖1 跨尺度模型的框架 跨尺度模型的框架，如圖1所示，該框架基于四個部分和三種優化方法的組合。 CACPFEM用于數據樣本生成:CACPFEM模型充分耦合了非均勻變形、力學響應和微結構演化之間的相互作用。