重力堆積模擬的案例
ABAQUS三維多面體骨料密堆積混凝土細觀抗壓模擬
在混凝土細觀數值模擬中，粗骨料的分布狀態對其力學性能具有顯著影響。以往研究多采用蒙特卡羅算法將粗骨料隨機分布在混凝土試件內，而實際工程中混凝土試件在澆筑完成后的振搗操作會使得密度較大的粗骨料因重力作用發生沉降堆積。現有基于純隨機投放的算法難以真實反映這一物理過程，同時也難以實現工程中常見的較高粗骨料體積占比。
為解決當前混凝土細觀模型中骨料分布不合理及粗骨料占比偏低等問題，本文提出采用重力堆積算法構建三維多面體粗骨料細觀混凝土模型，并在此基礎上采用ABAQUS進行受壓試驗的數值模擬。該方法能夠更準確地復現實際工程中混凝土試件的內部結構特征，對于細觀尺度下混凝土材料參數的標定及損傷機理研究具有重要的參考價值和指導意義。
混凝土骨料堆積模型采用CAD多面體密堆積3D插件建模。模型參數設置方面，根據《混凝土結構設計標準》GB/T 50010-2010（2024年版）4.1.1條，立方體抗壓強度試驗試件尺寸邊長設置150 mm；根據《建設用卵石、碎石》GB/T14685-2011，粗骨料尺寸大于4.75 mm，本模型中設置骨料最小粒徑4.8 mm，最大粒徑25 mm；骨料分三組設置，每組設置的粒徑區間及數量應根據混凝土配合比及顆粒級配綜合確定，相關內容可參照《普通混凝土配合比設計規程》JGJ55-2011及《建設用卵石、碎石》GB/T14685-2011第7.3條顆粒級配篩分試驗；骨料面數、最小邊長等參數可根據工程中采用的骨料真實形態進行極大似然估計確定。
參數設置完成后運行插件，進行三維骨料重力堆積模擬，到達設定的堆積運行時間后，插件自動進行AutoCAD的模型繪制。
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這種廣泛的適用性顯著擴展了其應用領域，使得工程師與科學家能夠在各自的研究中進行更加精確深入的模擬試驗，進而推動密堆積領域的技術進步。
使用須知
1、插件使用需注冊，售價為單機許可價格；
2、插件兼容Windows系統，運行需要安裝AutoCAD（2010~2025及以上版本均可使用）。
3、售后及技術支持請聯系微信：AbyssFish_LJR，或QQ：1135122921。
樣圖實例
可下載插件生成的模型樣圖，并進行其他軟件的導入測試及模擬。（CAD2010文件）
CAD纖維密堆積樣圖.zip
多邊形集料重力下堆積
隨機多邊形集料的堆積
ABAQUS圓柱體纖維重力堆積3D模型
在ABAQUS內建立纖維在重力作用下的堆積模式有助于深入理解自然和人造纖維系統中的堆積機制。這對于優化材料結構、提高材料性能至關重要。本案例介紹如何在ABAQUS內建立圓柱體纖維重力堆積三維模型。
首先采用CAD纖維密堆積3D插件，通過圓柱體重力堆積算法在CAD內建立三維圓柱堆積模型，不同參數的纖維CAD已進行分圖層繪制，方便批量管理。
插件可對纖維的堆積過程進行可視化展示。
對不同圖層的纖維分別導出為iges格式文件，并導入到ABAQUS軟件內建立部件。
將三個纖維部件進行裝配。
可對不同種類的纖維分別進行材料設置。
以及對纖維堆積模型進行網格劃分。
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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。
后續可添加分析，進行相應的有限元模擬。
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</span></p><p class="ql-align-justify"><span style="color: rgb(25, 25, 25);">纖維采用重力堆積。纖維與樹脂分開建模。
ABAQUS圓柱容器內三維球體重力堆積含有ITZ界面模型
本案例介紹在ABAQUS內建立球體重力密堆積三維模型，模型采用圓柱體試件，包含界面過渡區ITZ部件，可用于超高骨料占比的混凝土細觀幾何建模。
圓柱體試件內的球體密堆積及ITZ等部件采用CAD球體密堆積_圓柱體試件3D插件在AutoCAD軟件內參數化建模生成。插件可設置三組粒徑范圍的球體顆粒，并可指定每組粒徑的占比。在本案例中為方便網格劃分，將球體間的最小間距設置為2毫米，界面過渡區ITZ厚度設置為1毫米，如需獲取更高的骨料占比，可將上述兩個參數調小，來實現更為密集的骨料堆積狀態。
將CAD中生成的球體密堆積骨料、空心球ITZ部件、圓柱體水泥砂漿基體分別導出為iges格式文件，三部分模型在CAD內分圖層繪圖，可方便的批量導出。
將三份iges文件以部件的形式導入到ABAQUS內，建立混凝土細觀中的砂漿、粗骨料、ITZ部件。
為各個部件分別設置材料，如水泥砂漿及界面過渡區ITZ均可采用混凝土損傷塑性材料參數，這里使用EasyCDP插件快速設置CDP材料屬性。
將混凝土細觀中的骨料、砂漿、ITZ部件進行裝配，插件建模時已將各部件的位置進行了對齊，因此裝配后無需再次移動。
根據模擬工況的需要設置分析步并施加載荷邊界條件等，并進行網格劃分。網格劃分時建議單元尺寸應接近建模時在插件中設置的最小間距及界面層厚參數，以確保網格質量。
展開 顆粒的最大堆積密度是多少？離散元軟件如何模擬最密堆積問題？
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三、DEMms軟件模擬顆粒最密堆積問題
顆粒、粉料的級配通常依賴經驗或者實驗手段解決，但以經驗或實驗形成的級配方案并不一定是最優方案，且在材料、粒徑多樣的情況下會帶來高昂的實驗成本。采用計算機仿真手段，可以有效輔助優化顆粒級配模型，降低實驗成本，縮短產品開發周期。
基于介尺度結構的粗粒化模型
與傳統粗粒化方法相比，DEMms的EMMS-DPM 方法在保證精度的同時，極大減少計算量，提高計算效率。
寬粒徑分布優化
在處理寬粒徑分布的顆粒體系時，DEMms采用多重網格搜索和多重通訊算法，能夠優化計算過程，內存使用量降低一個量級，計算速度提升30%。
采用DEMms軟件，根據不同的顆粒配比輸入，可有效模擬顆粒堆積狀態，獲得顆粒體積分數，助力工程技術人員在多種級配方案中快速篩選優化方案。軟件模擬多種不同粒徑組合的結果與實驗實測的平均體積分數誤差小于2%。
展開 CAD多面體密堆積_圓柱體試件3D插件 ￥3499
插件介紹
CAD多面體密堆積_圓柱體試件3D插件可在AutoCAD內基于重力堆積算法在圓柱體容器內進行多面體的密堆積三維建模。
插件采取堆積可視化交互界面，可觀察多面體顆粒的堆積動態，并可采用鼠標進行多面體位置的局部微調。插件可設置重力堆積模擬時長參數，到達設定的時間后自動將模型輸出到CAD中；同時可設置多面體碰撞的檢測頻率，檢測頻率設置越大，堆積狀態越精確，但會消耗更多的運算時間。
該插件支持自定義圓柱體模型的直徑及高度，可設置三組粒徑范圍的多面體顆粒，每組粒徑的多面體可單獨設置面數及個數，且可設置界面層的厚度。不同組的多面體及界面層在CAD內進行了分圖層繪圖，方便批量管理。
插件可設置多面體之間的最小間距參數，同時可控制多面體的最小邊長，在幾何建模時有效的排除模型中的小邊，從而使模型在導入有限元軟件后更兼容網格劃分。
插件建立的圓柱容器內多面體密堆積模型及界面層部件可導入到ABAQUS、COMSOL、ANSYS、LS-DYNA、HFSS等有限元仿真軟件中進行幾何建模及后續模擬，如三維混凝土細觀模型中的多面體骨料及界面過渡區ITZ部件。
使用須知
1、插件使用需注冊，售價為單機許可價格；
2、插件兼容Windows系統，運行需要安裝AutoCAD（2010~2026及以上版本均可使用）。
3、售后及技術支持請聯系作者。
樣圖實例
可下載插件生成的模型樣圖，并進行其他軟件的導入測試及模擬。
展開 COMSOL多邊形骨料堆積混凝土水化熱傳熱模擬
本案例介紹在COMSOL內建立多邊形骨料堆積混凝土細觀模型，并對水化熱產生后的傳熱及溫度變化進行仿真模擬。
骨料堆積混凝土細觀模型采用CAD多邊形密堆積2D插件建立，插件內置動力學算法，可模擬多邊形骨料顆粒在重力作用下的堆積模型。
混凝土骨料密堆積模型在AutoCAD內建模完成后，將模型另存為dxf格式文件。
在COMSOL內選擇固體傳熱模塊，添加瞬態研究，并導入骨料密堆積模型。
對混凝土細觀模型的水泥砂漿及骨料部分分別指定材料，并設置密度、導熱系數、恒壓熱容等與傳熱相關的材料參數。
在固體傳熱中設置初始值，由于水化熱由水泥漿體產生，因此初始溫度設置中水泥砂漿基體溫度高于骨料溫度。將試件的左右及下邊界設置為熱絕緣，上部邊界設置環境溫度并設置熱通量，用于模擬大體積混凝土工況。對模型劃分物理場控制的網格，單元大小極細化。
計算查看傳熱仿真結果。2min內溫度變化情況。
20min內溫度變化情況。
展開 微重力條件下低溫燃燒箱的模擬
目前關于流體的動力學方法對微重力條件可適用,采用三維流體模擬軟件對航天器儲液箱的氫與氮噴射進行模擬,主要側重于低溫微重力狀態下液體的蒸發及不凝結氣體的混合.通過使用Flow-3D軟件模擬改進航天器燃燒系統.
微重力條件下低溫燃燒箱的模擬.pdf
重力作用下球的篩選運動模擬-solidworks motion
SolidWorks 的Motion插件能夠對機構的運動進行模擬，求解器使用的是MSC的ADAMS，筆者前幾天在工作時，突然遇到了一個重力作用下的物體的運動問題，想用有限元軟件模擬一下，本來打算用專業軟件的，忽然間想到了SolidWorks自帶的Motion插件，結果在SolidWorks中只需要簡單地處理幾下，不到半分鐘就出結果了，非常方便，如果用專業軟件，光數據的導入導出和估計都得好幾分鐘，在這里跟大家做一個簡單的分享；
重力作用下，球的篩選問題：
如下圖所示，1個圓球（示意，可以有很多個）在重力作用下（可以放在漏勺里，這里簡化了）運動，并通過不同的孔篩選到下方的盒子里；這個可以驗證斜坡角度對篩選的影響；
1.1：在SolidWorks的裝配體中，將圓球放好，然后取消所有的裝配關系；
1.2：在插件中，選擇SolidWorks Motion；
1.3：點擊下方的“運動算例1”標簽，進行設置：
1.4 選擇算例類型為Motion分析
1.5設定引力：
1.6 設定接觸：分別設置3個圓球和篩選槽及盒子的碰撞接觸；（共6組）
1.7 求解計算：
1.8 計算完畢后，點擊 播放動畫
通過上面一個簡單的例子，我們可以發現，使用SolidWorks Motion可以非常簡單的對重力作用下的一些物體的運動情況進行模擬，以確認實際的設計效果。
展開 單邊袋除塵器模擬分析，給出粉塵在進口煙道內的重力沉降分析結論 ￥15
針對該袋除塵器的結構特點，為了保證袋除塵器各袋室分風及袋室內流場的均勻性，CFD數值模擬按照設備實際尺寸 1:1 的比例建立，主要完成數值模型建立、網格劃分、邊界條件確定、數值計算、結果分析等內容，并添加合適的導流板使其滿足要求。
按照袋除塵器圖紙大小以1：1建立三維模型，模型如下：
圖1 袋除塵器模型
圖中a1~a5為各個提升閥口的流量監測面。
計算參數如下，總煙氣量為65131 m3/h，煙氣溫度為190℃；
煙氣進口邊界條件為速度進口（velocity-inlet）；
煙氣出口outlet邊界條件為壓力出口（pressure-outlet），壓力值為0 Pa；
濾袋設置為多孔介質（porous zone）；
本次模擬湍流模型采用標準k-e模型，湍流流場的計算采用有限體積法離散控制方程，算法采用Simple算法，對流項采用一階迎風格式，近壁面采用壁面函數法處理。假定流體是不可壓縮的，作定常流動。
經CFD模擬，本項目袋除塵器運行時的流線圖如下：
圖2 速度流線圖
各個袋室的煙氣流量如下：
圖3 各監測面流量
從速度流線圖可以看出，煙氣進入除塵器后，經過進口導流板的導流作用，煙氣相對均勻的向下流動，靠近進口袋室處斜煙道內風速在8m/s~11m/s之間（箭頭處）；煙氣進入各袋室灰斗后經過灰斗導流板進行擴散，煙氣較為均勻地向上流動進入袋室，各個袋室煙氣量與平均流量的最大偏差約為1.54%。根據重力沉降速度的斯托克斯表達式：
展開 有限元模擬重力式擋土墻，支擋結構仿真系列（一）
有限元模擬重力式擋土墻，支擋結構仿真系列（一）
模型概況
支擋結構型式：混凝土重力式擋土墻
墻背摩擦條件：光滑
墻背直立
模擬的目標
1、墻后土體的靜止土壓力、主動土壓力
2、墻后土體的極限平衡狀態
模型的注意事項
1、模擬墻后土體主動土壓力時，擋土墻繞 A 點逆時針轉動
2、定義墻背與土體之間的“光滑接觸面”
（接觸面的詳細設置方法，請移步 https://www.yqgqt.org.cn/content/post/441740 ）
有限元模型
靜止土壓力
墻背位移趨近于 0，得到墻后土體的靜止土壓力
墻背位移曲線
土體靜止土壓力曲線
主動土壓力
完全約束 A 點，以 A 點為原點，墻背為 R 軸，建立極坐標系，定義 B 點發生周向位移 0.003m（墻高的 0.1%）
擋土墻繞 A 點逆時針轉動，擋土墻的位移矢圖
主動土壓力曲線
土體在極限平衡狀態下的塑性應變
展開 CAD球體密堆積_圓柱體試件3D插件 ￥1599
插件介紹
CAD球體密堆積_圓柱體試件3D插件可在AutoCAD內建立圓柱體區域內的球體密堆積模型，且可建立球體與基體交界處的界面過渡區（ITZ）部件。插件通過模擬球體在重力作用下的堆積過程，可生成密堆積的幾何模型并提供堆積過程的動態展示。
該插件采用重力堆積物理引擎，構建可視化交互界面，可實時呈現建模過程中球體的重力堆積動態模擬，并支持通過時長參數精確調控堆積過程的持續時長。
該插件支持自定義圓柱體模型的直徑與高度，可配置三組球體粒徑區間，并設定每組球體粒徑占模型總體積的比例，以實現對模型生成的精確控制。
該插件支持自定義球體間最小間距參數，可精確調控生成無重疊或重疊的球體堆積模型。
插件可生成界面過渡區（ITZ）部件，并可設置界面過渡區的厚度。
模型說明
插件在CAD建立球體堆積模型、球體外側的界面過渡區部件及與之適配的帶有空洞的圓柱體部件。
插件建立的球體重力密堆積模型可用于動畫演示、科研繪圖渲染、或導入ANSYS Workbench、COMSOL、Abaqus CAE等有限元軟件內進行仿真模擬。
帶有界面層的粒子堆積模型渲染，用于科研論文繪圖。
球體密堆積模型及界面過渡區、基體也可導入ANSYS Workbench、COMSOL、ABAQUS進行有限元仿真。
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