隨機(jī)幾何建模的案例
Abaqus的Python批量隨機(jī)幾何建模入門
在科研和工程實(shí)際問題中，經(jīng)常會(huì)涉及到隨機(jī)幾何元素，例如：混凝土骨料、隨機(jī)纖維復(fù)合材料、多孔介質(zhì)材料的傳熱和滲流問題、生物材料的細(xì)觀特征等等。這些材料中包含大量隨機(jī)尺寸、隨機(jī)位置分布的幾何特征，在有限元建模中可以使用自編二次開發(fā)程序的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的幾何模型構(gòu)造。
Abaqus支持使用Python語(yǔ)言進(jìn)行二次開發(fā)建模，用戶可以利用Python代碼達(dá)成特殊的建模要求。在批量隨機(jī)幾何建模問題中，有兩個(gè)關(guān)鍵詞：一是批量、二是隨機(jī)。
1、批量建模
批量建模主要用到的技巧是循環(huán)。在此我們介紹兩種常用的Python語(yǔ)言循環(huán)控制代碼格式。
首先是while循環(huán)，也就是“當(dāng)循環(huán)”。我們直接看一個(gè)例子：
i=1
while i < 6:
print i
i=i+1
我們觀察以上代碼，它的意思是：當(dāng)i小于6的時(shí)候，執(zhí)行print i的命令，直到while后面的條件不成立（即i大于等于6）為止。在循環(huán)前，我們給i幅值為1，每一次循環(huán)又讓i在原來(lái)基礎(chǔ)上加一，這樣就實(shí)現(xiàn)了循環(huán)打印五個(gè)數(shù)字的效果。這里的i一般用于循環(huán)計(jì)數(shù)，自加的操作可以讓它記錄循環(huán)次數(shù)。
注意：while下面的執(zhí)行語(yǔ)句要空四個(gè)格！
第二種方式是for循環(huán)，也就是“歷遍循環(huán)”。還是直接看例子：
a=[1,2,3,4,5]
for i in a:
print i
這段代碼首先定義了一個(gè)列表a，它包含五個(gè)元素，分別是1、2、3、4、5這五個(gè)整型變量。for i in a:的意思是讓虛擬元素i在a中逐個(gè)變化，也就是第一次循環(huán)時(shí)，i=1，第二次循環(huán)時(shí)，i=2，依次把五個(gè)元素歷遍后循環(huán)終止。
展開 UD單胞細(xì)觀建模插件（纖維隨機(jī)分布+周期性邊界—幾何上） ￥50
插件介紹：
這是一個(gè)具有周期性的ud單胞細(xì)觀建模插件，可以指定單胞的尺寸大小、纖維半徑，以及樹脂含量。纖維采用隨機(jī)分布，纖維與樹脂分為兩個(gè)部件。
操作說(shuō)明：
首先打開abaqus CAE，在Plug-ins目錄下找到UD單胞細(xì)觀建模插件，如圖所示：
編輯
跳轉(zhuǎn)
點(diǎn)擊它，打開插件界面，如圖所示：
這里首先要完成模型的設(shè)定。自上而下分別為目標(biāo)模型，樹脂部件名稱，纖維部件名稱，以及如圖所標(biāo)的參數(shù)，并需要指定纖維半徑與樹脂含量，拖動(dòng)滑塊，設(shè)定纖維投放失敗最大嘗試次數(shù)。
數(shù)值盡量采用小數(shù)，例如5.0，RC的值為0~1之間。
此插件所生成的是可變形的實(shí)體模型，設(shè)定好之后就可以點(diǎn)擊ok或apply進(jìn)行生成。
插件說(shuō)明
此插件所生成的是實(shí)體模型。
使用做了視頻，可以在視頻中查看效果。視頻鏈接：
UD單胞細(xì)觀建模插件使用視頻教程_培訓(xùn)課程_abaqus建立rve ABAQUS仿真rve-技術(shù)鄰
為了安裝方便，這里新增了安裝包，雙擊運(yùn)行，路徑采用默認(rèn)就行。并為防止特殊情況，這里也提供了壓縮包，可以通過(guò)傳統(tǒng)安裝方式進(jìn)行解壓安裝。新版界面如下：
注意，路徑盡量默認(rèn)，也可以自定義安裝，如果自定義安裝請(qǐng)安裝到與傳統(tǒng)安裝一致的地方。
今后插件的發(fā)行格式均采用壓縮包與安裝包并行的形式。
承諾：
1.凡是購(gòu)買插件的用戶，使用過(guò)程中若是遇到Bug，本人將承諾對(duì)發(fā)現(xiàn)的bug進(jìn)行修復(fù)。
2.使用時(shí)有什么問題，也可以進(jìn)行咨詢，私信或評(píng)論區(qū)發(fā)言都行，看到有時(shí)間會(huì)進(jìn)行回復(fù)。
3.還沒想好，以后再說(shuō)。
展開 Abaqus纖維混凝土3D 泡沫混凝土 三維隨機(jī)幾何 三維混凝土細(xì)觀 多面體骨料建模
而在進(jìn)行Abaqus混凝土細(xì)觀模擬時(shí)，隨機(jī)骨料及隨機(jī)纖維等幾何模型的構(gòu)件是主要的難點(diǎn)所在。
為了在Abaqus內(nèi)建立混凝土模型，有學(xué)者采用Abaqus命令的方式，但這需要有一定的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，并且需要反復(fù)改參、調(diào)試，極為不便。也有采用Abaqus混凝土建模插件實(shí)現(xiàn)的方式，這極大的節(jié)省了模型建立的耗時(shí)，如Abaqus混凝土多邊形或Abaqus混凝土三維球體骨料插件等，但其實(shí)現(xiàn)的模型較為簡(jiǎn)單，幾何模型單一。
建模方案
這里介紹一種通過(guò)AutoCAD軟件建立纖維混凝土三維模型后導(dǎo)入到Abaqus內(nèi)的方式。可實(shí)現(xiàn)多種混凝土模型的快速構(gòu)建。CAD導(dǎo)入Abaqus的方法簡(jiǎn)單，將CAD文件輸出為.sat格式，然后在Abaqus內(nèi)選擇導(dǎo)入部件，選擇對(duì)應(yīng)的.sat文件即可。
下面是通過(guò)該方法建立的Abaqus隨機(jī)幾何模型。
插件介紹
本插件可以生成多種形式的隨機(jī)三維幾何，用于Abaqus混凝土模型的建立，也可用于再生骨料混凝土、泡沫混凝土、加氣混凝土等方面。理論上講，只要幾何存在相似性，可進(jìn)行模型簡(jiǎn)化的，均可采用這種方式進(jìn)行建模。
插件的詳細(xì)介紹及下載見下方鏈接：
CAD隨機(jī)幾何3D插件
展開 ANSYS隨機(jī)骨料 纖維混凝土 三維隨機(jī)纖維骨料 隨機(jī)纖維 隨機(jī)裂縫 隨機(jī)幾何模型
1、ANSYS三維纖維骨料混凝土：
2、ANSYS球形試件隨機(jī)模型：
3、ANSYS隨機(jī)裂縫巖石節(jié)理裂隙
建模插件：
CAD隨機(jī)幾何3D插件
comsol隨機(jī)幾何 隨機(jī)分布顆粒 纖維混凝土 不干涉模型 隨機(jī)球體 隨機(jī)裂縫
comsol隨機(jī)幾何模型
在常見的材料中，嚴(yán)格來(lái)講均質(zhì)單一性的材料并不常見，更多的是隨機(jī)材料。這就使得在幾何建模時(shí)需要考慮材料的隨機(jī)性，這里講介紹幾種常見的隨機(jī)材料模型及在comsol內(nèi)構(gòu)建該模型的方法。
comsol多類隨機(jī)裂隙，帶厚度裂隙：
comsol纖維隨機(jī)分布，復(fù)合材料：
comsol隨機(jī)分布顆粒：
comsol隨機(jī)孔隙：
comsol不干涉隨機(jī)幾何構(gòu)建
在comsol內(nèi)主流的隨機(jī)分布幾何構(gòu)建方法是通過(guò)COMSOL with Matlab連接，通過(guò)Matlab代碼實(shí)現(xiàn)模型的建立。但是采用 LiveLink for MATLAB的方案對(duì)于初學(xué)者要求較高，需要掌握MATLAB語(yǔ)法基礎(chǔ)并具有一定的程序設(shè)計(jì)能力。這里介紹另一種快速建模的方法，通過(guò)CAD文件導(dǎo)入到COMSOL內(nèi)。
而在CAD內(nèi)建立隨機(jī)幾何可通過(guò)其他軟件設(shè)置好參數(shù)后一鍵生成，從而無(wú)需編程操作。下面是能構(gòu)建以上幾種模型CAD軟件。
下載鏈接：CAD隨機(jī)幾何3D
展開 基于comsol的幾何方法，建立不干涉隨機(jī)分布幾何（附代碼） ￥760
image_process=/format,webp/resize,w_219" alt="基于comsol的鋰電池疊片電化學(xué)耦合熱分析的圖1" width="219"></span></p><p><br></p><p><strong>點(diǎn)擊鏈接</strong><a href="https://www.yqgqt.org.cn/z/551473" rel="noopener noreferrer" target="_blank"><strong>https://www.yqgqt.org.cn/z/551473</strong></a><span style="color: rgb(0, 0, 0); background-color: rgb(255, 255, 255);">查看我的主頁(yè)，有詳細(xì)介紹</span></p><p><br></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0); background-color: rgb(255, 255, 255);">通過(guò)comsol內(nèi)部模型方法進(jìn)行隨機(jī)幾何分布， 參考官網(wǎng)的奶酪模型。</span></p><p><br></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0); background-color: rgb(255, 255, 255);">相對(duì)于官網(wǎng)，本模型改進(jìn)了代碼，生成不干涉的隨機(jī)分布幾何。
展開 COMSOL三維隨機(jī)裂紋 裂縫模型 隨機(jī)裂隙 隨機(jī)纖維建模
在COMSOL中可采用CAD模型導(dǎo)入的方式實(shí)現(xiàn)隨機(jī)裂紋或是纖維材料的建模。首先需要在CAD內(nèi)生成所需的三維纖維模型，這里用到了CAD_隨機(jī)纖維3D插件。模型建立如下圖所示。注意這里的纖維采用的是線，而非實(shí)體。
將長(zhǎng)方體基體導(dǎo)出為.sat文件，同時(shí)將刪除基體后的線狀纖維另存為.dwg文件。
打開COMSOL軟件，在幾何菜單下選擇導(dǎo)入三維CAD文件，選擇剛剛保存的.dwg文件，并將要導(dǎo)入的對(duì)象更改為曲線和點(diǎn)，可選擇合并曲線對(duì)象。構(gòu)建對(duì)象，這樣三維的線就導(dǎo)入到COMSOL軟件內(nèi)了。
下一步我們將長(zhǎng)方體的基體材料也導(dǎo)入到COMSOL內(nèi)，其實(shí)這一步也可以在COMSOL中直接建模完成。還是選擇導(dǎo)入，選擇剛剛保存的.sat文件，在這里要導(dǎo)入的對(duì)象需要選擇實(shí)體。
到這一步纖維跟基體就全部導(dǎo)入到COMSOL內(nèi)了。
如果想再COMSOL內(nèi)模擬線性的裂縫，需要將基體進(jìn)行分割操作，選擇布爾操作和分割-差集。要添加的對(duì)象選擇基體，要減去的對(duì)象選擇纖維。
構(gòu)建對(duì)象后，基體材料就被纖維分割完成，形成了基體內(nèi)的線狀裂縫。
后面進(jìn)行網(wǎng)格剖分分析等，可根據(jù)自己的要求進(jìn)行。
最后看一下GIF效果圖：
在建模過(guò)程中所采用的AutoCAD插件可以在這里下載得到：
CAD_隨機(jī)纖維3D插件
如需2D版本可通過(guò)下面鏈接下載：
CAD隨機(jī)纖維2D插件
展開 comsol with matlab 隨機(jī)幾何 ￥50
隨機(jī)圓
隨機(jī)橢圓：
CAD隨機(jī)幾何3D插件 ￥499
<h2>功能介紹</h2><p>CAD三維隨機(jī)幾何插件，可用于在AutoCAD軟件內(nèi)生成長(zhǎng)方體、圓柱體、球體基體，并在基體內(nèi)生成指定參數(shù)的球體、長(zhǎng)方體、圓柱體。插件生成的dwg文件可導(dǎo)入到Comsol、Abaqus、ANSYS、Fluent等有限元分析軟件內(nèi)，用于模擬纖維混凝土、纖維骨料、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等。</p><p>插件導(dǎo)入到Abaqus及comsol后的模型可查看這兩篇帖子：<a href="https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1874203" rel="noopener noreferrer" target="_blank">Abaqus隨機(jī)幾何模型</a>、<a href="https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1874207" rel="noopener noreferrer" target="_blank">comsol隨機(jī)幾何模型</a>；</p><p>插件可控制所生成的隨機(jī)幾何是否相交，同時(shí)在基體內(nèi)產(chǎn)生與內(nèi)部幾何相匹配的孔洞，方便導(dǎo)入其他軟件內(nèi)。隨機(jī)幾何體采用分圖層繪制，插件自帶幾何體合并功能，使之導(dǎo)入其他軟件后更加方便批量網(wǎng)格剖分、材料指定等。
展開 comsol with matlab 隨機(jī)幾何模型 ￥150
[圖片]
COMSOL隨機(jī)幾何分布合輯
COMSOL隨機(jī)幾何分布合輯
1、comsol with matlab 隨機(jī)幾何
隨機(jī)圓
隨機(jī)橢圓：
2、COMSOL with Matlab連接 隨機(jī)裂縫生成
3、matlab隨機(jī)生成橢圓裂隙導(dǎo)入comsol
4、二維隨機(jī)裂隙-COMSOL
5、如何用MATLAB生成隨機(jī)裂隙
6、二維裂隙邊坡模型
7、基于comsol的隨機(jī)分布顆粒模型建立方法
我們經(jīng)常用均一的材料在宏觀模型中進(jìn)行分析各類物理場(chǎng)，為了進(jìn)一步能詳細(xì)研究材料自身的規(guī)律，往往需要進(jìn)行細(xì)觀、微觀方向的研究，各種材料在細(xì)觀微觀下呈現(xiàn)出來(lái)許多隨機(jī)分布的現(xiàn)象，我們?cè)贑AE分析初始，必須建立一個(gè)充分接近實(shí)際情況的幾何模型。
本文主要是介紹其中一類比較普遍的幾何模型，隨機(jī)分布的顆粒模型。經(jīng)常可以看到這些方面在應(yīng)用：
(1)、在絕緣材料中隨機(jī)分布導(dǎo)電顆粒，改善導(dǎo)電、介電性能；
(2)、金屬材料的細(xì)觀模型，描繪金屬顆粒之間的晶界，并進(jìn)行聲學(xué)散射研究。
(3)、復(fù)合材料中的纖維隨機(jī)分布，改善力學(xué)、熱學(xué)等性能
(4)、土壤中加入隨機(jī)分布顆粒，研究滲流、溶質(zhì)遷移等現(xiàn)象；混凝土的級(jí)配，采用隨機(jī)顆粒分布來(lái)仿真計(jì)算
本文基于comsol的模型方法，編寫了一個(gè)隨機(jī)方向、隨機(jī)大小、隨機(jī)位置橢球分布的代碼。
8、方法生成不干涉隨機(jī)幾何-圓球
9、三維混凝土隨機(jī)骨料投放算法
10、基于Matlab的二維與三維隨機(jī)裂隙生成
二維隨機(jī)裂隙生成
三維
11、基于蒙特卡羅法的二維隨機(jī)裂隙模擬Matlab
12、CAD多邊形隨機(jī)骨料繪制程序 V2.2
可用于生成多邊形隨機(jī)骨料的dwg文件，圖形可進(jìn)一步導(dǎo)入abaqus、comsol等有限元仿真模擬軟件。
展開 
中國(guó)有完全自主的三維幾何建模引擎和幾何約束求解器嗎？
官網(wǎng)：3D CAD實(shí)體設(shè)計(jì)中國(guó)自主的CAD/PLM/MES工業(yè)軟件
這幾年工業(yè)軟件的備受國(guó)家對(duì)重視和投資界的追捧，三維CAD的發(fā)展也涌現(xiàn)了OEM模式，尤其是OEM SolidEdge, 比如杭州新迪購(gòu)買了SolidEdge源代碼，也不包含SolidEdge底層兩大核心組件的源代碼: 三維幾何建模引擎Parasolid和幾何約束求解器DCM 。
也就是說(shuō)，通過(guò)引進(jìn)和收購(gòu)，國(guó)內(nèi)有兩個(gè)擁有源代碼的三維幾何建模引擎：華天軟件的CRUX 和廣州中望的 overdrive.不過(guò)這兩個(gè)引擎都是源自國(guó)外的技術(shù)。
另外上面引進(jìn)和收購(gòu)的產(chǎn)品使用的幾何約束求解器都是西門子的DCM，都沒有自己的幾何約束求解器。
那么中國(guó)究竟有沒有完全自主的三維幾何建模引擎和幾何約束求解器呢？
嚴(yán)格地說(shuō)，完全自主的三維幾何建模引擎，目前有且僅有一個(gè)，那就是華天軟件的三維幾何建模引擎DGM(Diamond Geometry Modeler) 。國(guó)內(nèi)高校和研究單位研發(fā)了幾個(gè)自主建模引擎，比如清華大學(xué)的GEMS, 但是目前未進(jìn)入商用、且被三維CAD軟件采用、因此能夠被使用和驗(yàn)證的，只有華天軟件的 DGM。（注釋：中望悟空計(jì)劃執(zhí)行中，目前OGM離商用有點(diǎn)遠(yuǎn)！）
完全自主的幾何約束求解器，目前也是有且僅有一個(gè)，那就是華天軟件的幾何約束求解器 DCS (Diamond Constraint Solver) 。國(guó)內(nèi)華中科技大學(xué)研發(fā)了一個(gè)幾何約束求解器CBA，但是目前進(jìn)入商用、且被三維CAD軟件采用、因此能夠被使用和驗(yàn)證的，也是只有華天軟件的 DCS。
DGM和DCS由華天軟件首席科學(xué)家、“國(guó)家人才工程”入選者、CAD領(lǐng)域知名專家梅敬成博士帶領(lǐng)一只優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)、歷經(jīng)十多年研發(fā)而成。
展開 comsol with matlab 隨機(jī)幾何模型 ￥50
[圖片]
三維隨機(jī)多面體骨料（隨機(jī)多邊形）建模
可見隨著多面體的階數(shù)增加，根據(jù)小編提供的建模方法建模得到的隨機(jī)多面體骨料模型趨于球體。
ABAQUS如何引入隨機(jī)的初始幾何缺陷
我要用ABAQUS做一塊板子的曲屈分析，但是不用線性曲屈分析求特征值的方式，而采用引入隨機(jī)非均勻分布的幾何缺陷，比如壁厚、板子兩個(gè)表面在一定范圍內(nèi)起伏波動(dòng)等。請(qǐng)問各位大神怎么能實(shí)現(xiàn)？謝謝！
