隨機填充
關注創建者：靜默本無緣 創建時間：2021-04-15
隨機填充的實例教程
<h2 class="ql-align-center"><strong>0.出發點</strong></h2><p>用abaqus做細觀模擬，隨機填充顆粒/纖維是跳不過的坎，網上有很多插件或腳本，技術鄰也有不少大咖做了些插件，但個人而言更傾向于腳本，雖然插件使用起來方便，不過有時需要根據具體要求修改模型，此時腳本的靈活性就體現出來了。今天跟大家分享怎么通過python編寫隨機填充骨料的思路：</p><ol><li>二維模型，主要是將基體做partition，比較簡單；而做partition用的草圖就需要用python批量生成，操作跟普通CAE界面做partition類似。</li><li>三維模型直接用上述方法比較難，此時可以建立多個part，或將骨料作為一個part跟基體在assembly模塊進行裝配，并巧用Merge/cut功能即可。</li><li>網格映射法主要是通過將獲得骨料中的點坐標，把它映射到已畫好結構化網格的另一個part中；這種方法的有點在于施加<strong>周期性邊界條件</strong>很方便。</li></ol><h2 class="ql-align-center"><strong>1. 普通隨機骨料填充</strong></h2><p>下面是按照上述思路編寫的2D及3D骨料隨機填充模型，其中二維模型支持<strong>圓形、橢圓及多邊形</strong>（可定義邊數），指定粒徑和含量比較方便。
展開 生成不同填充率的模型-隨機函數的使用 ￥299
骨料填充模型的繪制方法-ANSYS APDL命令的使用-不同形狀-不同大小的圖形填充
在材料科學和工程領域，我們經常面臨一個挑戰：如何在材料內部隨機生成加強骨料或缺陷孔隙。這種隨機性的引入對于模擬材料的真實行為至關重要，因為它可以更好地反映材料在實際應用中的復雜性和不確定性。本文將介紹如何使用ANSYS軟件中的APDL（ANSYS Parametric Design Language）命令來實現這一需求，并通過一個簡單的平面案例來詳細解析操作步驟。
一、問題概述與關鍵點
在建模過程中，隨機生成加強骨料或缺陷孔隙的問題可以簡化為在指定區域內隨機放置圖形的問題。這個過程需要考慮以下幾個關鍵點：
填充率：填充率是指生成的圖形占整個模型區域的比例。根據實際需求，填充率可以設置為0.1、0.5或其他值。
互不干涉：生成的圖形之間不能發生干涉，否則會導致模型失效。因此，需要確保每個圖形的位置和大小都是合理的，以避免重疊。
隨機性：填充的圖形位置必須是隨機的，以模擬材料內部的隨機分布。同時，可以考慮形狀的隨機性，例如全部為圓形、全部為正方形或混合形狀，并且大小也可以隨機變化。
二、保障填充率
為了保障填充率，我們可以采用累加的方法來確定是否超過全部圖形的比例。具體步驟如下：
初始化一個變量來記錄已繪制的圖形面積。
在每次生成一個圖形后，將其面積累加到該變量中。
通過比較已繪制圖形面積與模型總面積的比例，判斷是否達到設定的填充率。如果沒有達到，則繼續繪制圖形；否則停止繪圖。
三、確保圖形互不重合
為了確保生成的圖形之間互不重合，我們可以采用以下策略：
定義一個數組來存儲已經生成的圖形的圓心坐標和半徑。
展開 二維骨料填充模型
1.1 矩形骨料填充模塊
用于在矩形邊界內填充矩形骨料，矩形骨料長度可按范圍指定，同時可控制矩形骨料間的最 小間距(如果為負數，則表示矩形可相交)。
圖1.1 二維矩形骨料填充模塊
1.2 橢圓骨料填充模塊
用于在矩形邊界內填充橢圓骨料。
圖1.2 二維橢圓骨料填充模塊
1.3 圓形骨料填充模塊
1.3.1 矩形邊界圓形骨料填充模塊
用于在矩形邊界內填充圓形骨料，支持指定圓形骨料尺寸范圍。
圖1.3 二維圓形骨料填充模塊(矩形邊界)
1.3.2 圓形邊界圓形骨料填充模塊
用于在圓形邊界內填充圓形骨料，支持指定圓形骨料尺寸范圍。
圖1.4 二維圓形骨料填充模塊(圓形邊界)
1.3.3 雙層圓形骨料填充模塊
用于在矩形邊界內填充雙層圓形骨料，每一種尺寸骨料可帶一個偏置層（如指定0，則表示不附加偏置層）。
圖1.5 二維雙層圓形骨料填充模塊
2. 三維骨料填充模型
2.1 纖維填充模塊
用于在長方體邊界內隨機填充纖維，可控制纖維長度在某一范圍內變化，同時可控制纖維間的最小間距。
圖2.1 三維纖維填充模塊
2.2 圓柱骨料填充模塊
用于在長方體邊界內隨機填充圓柱骨料，可控制骨料長度在某一范圍內變化，同時可控制圓柱骨料間的最小間距。
圖2.1 三維圓柱骨料填充模塊
2.3 橢球骨料填充模塊
用于在長方體邊界內隨機填充橢球骨料，可控制橢球骨料間的最小間距。
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二維骨料填充模型
1.1 矩形骨料填充模塊
用于在矩形邊界內填充矩形骨料，矩形骨料長度可按范圍指定，同時可控制矩形骨料間的最 小間距(如果為負數，則表示矩形可相交)。
圖1.1 二維矩形骨料填充模塊
1.2 橢圓骨料填充模塊
用于在矩形邊界內填充橢圓骨料。
圖1.2 二維橢圓骨料填充模塊
1.3 圓形骨料填充模塊
1.3.1 矩形邊界圓形骨料填充模塊
用于在矩形邊界內填充圓形骨料，支持指定圓形骨料尺寸范圍。
圖1.3 二維圓形骨料填充模塊(矩形邊界)
1.3.2 圓形邊界圓形骨料填充模塊
用于在圓形邊界內填充圓形骨料，支持指定圓形骨料尺寸范圍。
圖1.4 二維圓形骨料填充模塊(圓形邊界)
1.3.3 雙層圓形骨料填充模塊
用于在矩形邊界內填充雙層圓形骨料，每一種尺寸骨料可帶一個偏置層（如指定0，則表示不附加偏置層）。
圖1.5 二維雙層圓形骨料填充模塊
2. 三維骨料填充模型
2.1 纖維填充模塊
用于在長方體邊界內隨機填充纖維，可控制纖維長度在某一范圍內變化，同時可控制纖維間的最小間距。
圖2.1 三維纖維填充模塊
2.2 圓柱骨料填充模塊
用于在長方體邊界內隨機填充圓柱骨料，可控制骨料長度在某一范圍內變化，同時可控制圓柱骨料間的最小間距。
圖2.1 三維圓柱骨料填充模塊
2.3 橢球骨料填充模塊
用于在長方體邊界內隨機填充橢球骨料，可控制橢球骨料間的最小間距。
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隨機填充的最新內容
該設計通過將衍射效率分布拆解為角度相關項與空間相關項的乘積，利用隨機掩模光柵的填充因子調控空間相關項，光柵結構調控角度相關項，實現了全視野、全方向的衍射效率精準匹配。
圖2 傳統的L形光柵波導系統。
參數界面</strong></p><p>參數界面用于設置骨料形狀參數和隨機填充算法的控制參數，如圖3所示。當默認設置無法滿足建模需求時，可以嘗試調整。</p><p>（1）橢球（繞X軸的旋轉橢球）</p><p>Axis Ratio：橢球旋轉半徑和橢球旋轉軸一半的比值。通過調整Axis Ratio的最小值和最大值來控制橢球的形狀。
隨機性：填充的圖形位置必須是隨機的，以模擬材料內部的隨機分布。同時，可以考慮形狀的隨機性，例如全部為圓形、全部為正方形或混合形狀，并且大小也可以隨機變化。
二、保障填充率
為了保障填充率，我們可以采用累加的方法來確定是否超過全部圖形的比例。具體步驟如下：
初始化一個變量來記錄已繪制的圖形面積。
在每次生成一個圖形后，將其面積累加到該變量中。
與機械混合法制備的隨機分布的氮化硼填充復合材料相比，垂直取向的氮化硼填充復合材料可以增強材料的導熱性能。
02
成果掠影
近期，中山大學化學工程與技術學院陳振興教授團隊通過靜電植絨的方法改善氮化硼納米片的排列結構從而優化材料的導熱性能取得新進展。
隨機填充CFs制備的TIM沒有很好的導熱表現。
考慮各向異性CF的導熱性，取向是一種有效的策略要獲得高導熱性，目前定向的技術包括化學氣相沉積生長，磁場，三維(3D)打印，冷凍干燥，靜電紡絲和應力誘導等已經發展起來。然而，甚至在定向之后導熱系數仍然不理想，這可能是由于使用CF作為單獨的填料未能形成有效的熱傳導網絡。進一步添加額外的填充物是一種有效的策略。
三維骨料填充模型
2.1 纖維填充模塊
用于在長方體邊界內隨機填充纖維，可控制纖維長度在某一范圍內變化，同時可控制纖維間的最小間距。
圖2.1 三維纖維填充模塊
2.2 圓柱骨料填充模塊
用于在長方體邊界內隨機填充圓柱骨料，可控制骨料長度在某一范圍內變化，同時可控制圓柱骨料間的最小間距。
三維骨料填充模型
2.1 纖維填充模塊
用于在長方體邊界內隨機填充纖維，可控制纖維長度在某一范圍內變化，同時可控制纖維間的最小間距。
圖2.1 三維纖維填充模塊
2.2 圓柱骨料填充模塊
用于在長方體邊界內隨機填充圓柱骨料，可控制骨料長度在某一范圍內變化，同時可控制圓柱骨料間的最小間距。
0 引言
在做巖石的時候，粗糙一點就認為巖石是一個均勻的整體，對整體參數進行標定，達到一個單元層次的宏觀特性對應。精細點做的話就需要考慮礦物，這樣我們會認為礦物內部是一個均勻的整體，這樣的話就需要對巖石內部的區域進行劃分，規定每種礦物成分的區域，然后用顆粒進行填充模擬。
本文主要目的是將區域進行隨機多邊形劃分，并且往其中填充顆粒。使用到的技術主要是rblock中的merge
例如利用隨點工具去生成隨機植被點進行填充；上面提到的是內緩沖、歐氏距離、裁剪、山體陰影和疊加等實現立體浮雕效果。
這些都屬于出奇制勝的方式，沒有誰規定制圖不可以使用歐式幾何工具吧，關鍵在于怎么用，地圖的效果是否完美，關鍵就看這個工具是否用到妙處了。
普通隨機骨料填充</strong></h2><p>下面是按照上述思路編寫的2D及3D骨料隨機填充模型，其中二維模型支持<strong>圓形、橢圓及多邊形</strong>（可定義邊數），指定粒徑和含量比較方便。
