abaqus顆粒建模的案例
ABAQUS中DEM顆粒建模
近期很多人私信我用ABAQUS軟件模擬土塊堆積，需要用到顆粒DEM和FEM聯(lián)合仿真，本期進行顆粒建模過程展示。
1.CAE建模
構建一個正方體部件，將其裝配并劃分網(wǎng)格
顆粒是在網(wǎng)格節(jié)點處生成，網(wǎng)格布種大小要大于顆粒直徑，防止粒子干涉
單元類型為C3D8R單元
2.修改inp文件
將C3D8R單元類型改為pd3d單元
**賦予顆粒屬性
*Discrete Section, elset=顆粒集合名稱, density=顆粒密度, alpha=顆粒阻尼
顆粒半徑
**定義顆粒表面
*Surface, name=顆粒表面名稱
裝配后部件名稱.顆粒集合名稱,
**定義顆粒接觸
（1）法向接觸
（2）切向接觸
參與計算的顆粒均為解析剛體，因此增量步需為固定增量步。
重要的是C3D8R單元轉換為pd3d單元
inp文件中最大單元節(jié)點編號為1331，生成粒子數(shù)為1331個
在excel中編輯
按此規(guī)律依次排列到1331，1331
將其復制替換原來的網(wǎng)格單元即可
展開 abaqus隨機骨料投放，顆粒增強復合材料建模 ￥50
<p>內含4種隨機投放模型：</p><p>1、基體為圓柱，隨機投放的兩種半徑范圍的實心顆粒</p><p>2、基體為圓柱，隨機投放空心有厚度球體，球體半徑固定</p><p>3、三維大小隨機、位置隨機球體投放，基體為四面體</p><p>4、隨機大小、位置、傾斜角的正六邊形（可設置倒角，不干涉）投放，基體為正四邊形</p><p><span style="color: rgb(25, 27, 31);">球體之間互不干涉，可自定義基體尺寸，球體大小、位置、體積占比。</span></p><p><br></p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center"><figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202509/attachment/87f43732e2054029811fb62f55efaf1b.png" style="display: inline-block;"><img src="https://img.jishulink.com/202509/attachment/87f43732e2054029811fb62f55efaf1b.png" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202509/attachment/87f43732e2054029811fb62f55efaf1b.png?
展開 abaqus三維幾何體建模插件(包括多面體和混合顆粒)V3.0
[圖片]
關于python腳本在abaqus中實現(xiàn)顆粒增強材料建模的這件事
1.為什么要用python腳本來建模
因為在做畢業(yè)設計的過程中接觸到顆粒增強材料的建模思路，通過abaqus的用戶界面（GUI）難以實現(xiàn)，列如在正方體內隨機生成一個球體，而要求球體的位置和體積大小隨機。有細心的小伙伴會發(fā)現(xiàn)，分析一下需求其實可以知道，通過選一個隨機的半徑生成一個球體，再把球體組裝到基體中，這樣很簡單就能實現(xiàn)需求。但面臨其他需求的時候呢，諸如隨意生成100個球體，而且要求位置和半徑隨機，這樣通過手動添加會十分困難，而且這樣也十分不明智，所以用到腳本來建模。
2.別的學者和專家是怎么建模的
西南交大的康國政老師和他的團隊在這方面做了大量工作，推薦文章去閱讀他們寫的文章（屬實筆者水平受限，哈哈哈）。如果你也正好是，做材料增強顆粒方面的研究，下面是幾篇比較典型的文章，值得一看。
基于周期性邊界條件的顆粒增強金屬基復合材料棘輪行為的數(shù)值模擬 (1)
金屬玻璃基復合材料增韌機理的數(shù)值模擬.pdf
原位顆粒增強金屬基復合材料的斷裂行為研究.pdf
當看完康老師的部分工作你應該會選擇是使用Fortran還是python來實現(xiàn)你自己的工作，下面第三部分僅僅針對想通過Python的童鞋。（python相對來說學習成本較低，語法比較通俗易懂，如何選擇就看各人了）
3.從哪里學習開源的（腳本和模型）知識
首先肯定是掌握一定的python語法基礎。
推薦閱讀python在abaqus中的應用，如果有需要pdf的話在評論區(qū)留言哦！
接下來，有一定基礎之后推薦閱讀這個大佬的GitHub，Abaqus/python_script at first · wuhuiguo/Abaqus · GitHub，無悔大佬的程序，一步一步如何實現(xiàn)都比較詳細，建議去他的主頁去看。
展開 
模型分享012——二維隨機顆粒建模及仿真應用 ￥99
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“明膠顆粒—GelMA”混合墨水的擠壓狀態(tài)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(fā)生的變化。
圖4 “明膠顆粒—GelMA”應力分布圖
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“明膠顆粒—GelMA—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
通過添加微信或者QQ可獲得操作視頻（已錄制隨時可發(fā)，未錄制需要一周制作）
WeChat & QQ：1489785835
仿真軟件ABAQUS 6.14-1
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(xiàn)零基礎的隨機顆粒建模操作，包學包會，。（無需子程序）
展開 ANSYS混凝土三維隨機骨料 混凝土細觀 隨機球體 顆粒增強復合材料建模
為了方便快捷的構建出混凝土細觀幾何模型，這里提出另一種建模方案，通過AutoCAD模型導入的方式，實現(xiàn)無編程構建混凝土隨機骨料。
模型構建
1、CAD模型生成
首先采用CAD隨機球體顆粒插件在AutoCAD內構建三維球體幾何模型：
插件可指定生成隨機分布的不相交的球體顆粒，同時生成與球體顆粒裝配的帶有孔洞的長方體基體。同時對顆粒的粒徑大小、比例等都能進行控制。
將生成的三維球體幾何模型導出為.sat格式文件備用。
2、ANSYS Workbench 導入
打開ANSYS Workbench，在幾何內進行導入預先保存的.sat文件：
后續(xù)進行網(wǎng)格劃分等操作，在ANSYS Workbench內進行即可：
插件下載
建模用到的CAD插件下載：
CAD隨機球體顆粒插件
展開 ABAQUS隨機多面體顆粒生成 ￥50
基于python語言的隨機多面體顆粒代碼，ABAQUS直接生成，可調節(jié)尺寸大小，數(shù)量。
基于Abaqus離散元法的攪拌機中顆粒介質的混合 ￥2.9
兩批顆粒共同占據(jù)滾筒內部體積的不足一半（即填充度小于0.5）。本示例中的整個模型均受重力加載。
相互作用?
考慮了兩種不同的顆粒間接觸條件：石灰石顆粒間的非粘附性接觸和聚乙烯顆粒間的粘附性接觸。顆粒與滾筒間的接觸是非粘附性的。顆粒間接觸的摩擦系數(shù)為0.35。顆粒與滾筒壁間接觸的摩擦系數(shù)為0.3。
Abaqus建模方法和模擬技術?
對于此分析，假設滾筒為剛體。其使用殼單元進行網(wǎng)格劃分，并通過將其指定為剛體而使其剛性化。一個與滾筒軸對齊的CARDAN連接類型連接元件附加到滾筒的參考節(jié)點上。連接元件用于施加扭矩以旋轉滾筒。石灰石和聚乙烯顆粒使用PD3D元素進行建模。顆粒呈球形。本示例中使用的模型具有8556個半徑為6毫米的PD3D元素和12478個半徑為5毫米的PD3D元素。
網(wǎng)格設計?
很難以精確平衡的配置開始此類模擬。本分析中使用了一種常見的DEM建模技術，其中初始時在模型中放置顆粒陣列，并在第一步分析期間僅受重力作用下允許其沉降，而無其他加載。在后續(xù)步驟中研究所需的加載響應。
在此情況下，將兩種尺寸的非重疊顆粒層引入滾筒內部。兩批顆粒最初彼此相鄰放置，并且與滾筒內壁保持一定的初始高度。接下來，將這兩批顆粒放入滾筒中，并允許其在重力作用下沉降。這是通過一個持續(xù)0.5秒的虛擬步驟完成的，在此期間僅激活重力載荷。在此步驟期間，滾筒保持在其初始位置固定不動。在重力沉降步驟結束時，兩批顆粒處于滾筒下部的壓實穩(wěn)定狀態(tài)中。
邊界條件?
對連接器的自由端施加固定端邊界條件，并且在分析期間，剛體參考點的所有平移自由度均保持固定。
載荷?
對模型施加重力載荷。在z方向上施加-9800 mm/s2的加速度。關于與滾筒軸對齊的連接器組件施加幅度類型的速度連接器運動。其他兩個連接器組件保持固定。分析中使用質量比例阻尼來減少分析誤差。
展開 ABAQUS球體顆粒重力堆積3D模型
在ABAQUS內建立隨機球體顆粒的重力密堆積模型，可以模擬自然界中顆粒物質在重力作用下的自然堆積情況，進而對模型進行其他方面的模擬研究。本案例介紹如何在ABAQUS內建立球體密堆積模型。
首先采用CAD球體密堆積3D插件V2.0版本，在CAD內建立堆積的球體及外側基體模型。
將球體及基體部分分別導出為iges文件，兩部分在CAD內已分圖層建模，方便整體導出。
在ABAQUS內將兩個文件分別以部件的形式進行導入。
可將兩部分進行裝配，構成整體，也可根據(jù)模型的需要只采用堆積球體部件或帶有球體孔洞的長方體部件。
后續(xù)可添加分析，進行相應的有限元模擬。
展開 ABAQUS圓形顆粒密堆積模型
<p>顆粒密堆積模型可在有限元中模擬堆積的顆粒材料，用于地質力學、混凝土、材料科學等領域的研究。本案例采用CAD顆粒密堆積2D插件，建立模擬重力堆積的圓形顆粒模型，并將模型導入ABAQUS內進行結構的力學模擬。</p><div contenteditable="false" width="100%">
<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202502/attachment/977e3ad4004d41eb942b65e9a62eccc9.png" style="text-align: center">
<img src="https://img.jishulink.com/202502/attachment/977e3ad4004d41eb942b65e9a62eccc9.png" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202502/attachment/977e3ad4004d41eb942b65e9a62eccc9.png?image_process=/format,webp/quality,q_40" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202502/attachment/977e3ad4004d41eb942b65e9a62eccc9.png?
展開 關于abaqus的顆粒生成器生成sph粒子
請問用abaqus的顆粒生成器生成sph粒子的時候，為什么我設置了質量流量，但是卻不起作用，改大改小相同時間內流出的粒子數(shù)都一樣
Abaqus DEM進階技術，指定顆粒級配
之前已有三期文章（
案例下載，
通過腳本生成顆粒，
粒子生成器-噴丸強化）不同程度的涉及到Abaqus DEM，今天我們來看一下粒子生成器-粒度級配的設定問題。
粒度級配（ASTM C136）
顆粒物的粒度級配性能將直接影響最終產(chǎn)品的質量，比如混凝土的強度、抗開裂性能跟骨料尺寸分布有很大關系，所以，粒度級配在DEM分析中也是個十分重要的概念，它反映了不同尺寸顆粒所占的分量。在大量顆粒的填裝、混合、篩選等分析中，往往需要對不同尺寸的顆粒進行建模。
Abaqus的粒子生成器可以直接指定生成的粒子尺寸分布服從某一概率密度函數(shù)（Probability Density Function，以下簡稱PDF），因此可以解決DEM粒度級配的問題。
生成不同尺寸的粒子
Abaqus支持以下6種PDF：
Uniform/Normal/Log-normal
Piecewise linear/Discrete/Truncated
我們在下面的4個surface上，創(chuàng)建4個Particle generator（PG），每個PG分別引用不同的PDF，每一個面上指定生成2萬個顆粒。
4個粒子生成面
粒子尺寸分布信息
粒子生成器運行結果:
PG1正態(tài)分布-粒子半徑云圖
PG2對數(shù)正態(tài)分布-粒子半徑云圖
PG3均勻分布-粒子半徑云圖
PG4分段線性分布-粒子半徑云圖
從生成結果統(tǒng)計來看，顆粒尺寸分布整體上與指定的概率密度函數(shù)符合的很好，不過，對于微小顆粒而言（此問題中半徑小于0.001mm的顆粒），生成還是比較困難的，尤其是顆粒尺寸懸殊較大時。
展開 基于ABAQUS粒子生成器的DEM顆粒篩選 ￥80
文件為inp文件，通過編輯關鍵字調用ABAQUS的粒子生成器，生成直徑尺寸不同的粒子，模型中的篩網(wǎng)振動，將不同大小的粒子進行篩選，通過本案例您將學會如何通過編輯關鍵字在ABAQUS中生成不同直徑的DEM粒子。
ABAQUS 螺旋 顆粒輸送機 ￥80
本案例為CAE和inp文件，CAE文件用于建模，inp文件用于修改關鍵字生成DEM粒子，最終用inp文件提交計算，通過本案例您可以學會如何通過修改關鍵字將實體單元轉變?yōu)轭A定直徑的球形顆粒。
基于python編程操作ABAQUS輸入文件生成PD3D單元顆粒
在空間中生成剛性顆粒（注意是剛性顆粒）有下列幾種方法：
1.修改關鍵字，構建粒子生成器模型生成隨機分布剛性顆粒
2.使用python語言直接在ABAQUS中生成顆粒，并進行剛體綁定，使其成為剛性顆粒，或者直接生成解析剛體或離散剛體。
方法1生成顆粒的隨機性較好，操作簡單。方法2直接在ABAQUS界面生成顆粒，當所需顆粒數(shù)量以萬為計量單位時，在前處理界面時就會卡死，對顯卡要求極高。因此，在僅考慮到這些弊端情況下，就已經(jīng)使研究人員頭皮發(fā)麻，無從下手。
在一些特定應用場合下，比如所需顆粒數(shù)量數(shù)以萬計，我們只能采用方法1生成顆粒，但我們不僅僅是需要顆粒，還需將這些顆粒與其它模型進行耦合求解計算，這個時候粒子生成器就會有局限性。此外，考慮到顆粒在空間中排布的多樣性，比如最典型的高斯分布，那么粒子生成器很難做到一步到位生成所需分布特征的顆粒。
我們今天介紹的通過python編程操作ABAQUS輸入文件生成PD3D單元顆粒，其可操作性更強，我們可以不采用粒子生成器內部定義的隨機算法生成顆粒，用戶可以根據(jù)需求自定義顆粒分布算法，以契合實際工況。此外，可省去粒子生成顆粒的分析步，直接進行工況建模求解計算。
本貼只是個人興趣，只提供思路，不提供源碼，用戶需了解ABAQUS的inp文件的書寫規(guī)則、python操作文件語法和生成顆粒的底層邏輯(分布模型)。感興趣的可以私信，提供編寫思路。
下面我們采用這一方法生成直徑2mm、3mm、4mm和5mm的混合顆粒，數(shù)量為1000。具體生成結果如下圖所示。
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