多尺度仿真
關注創建者：匿名 創建時間：2025-12-03
多尺度仿真的視頻教程
復合材料切削加工瓶頸與多尺度建模仿真技術探討
現有研究從不同維度推進復合材料切削機理的認知：任滿等學者聚焦SiCp/Al-Ti疊層界面的損傷演化機制，通過實驗觀察發現界面過渡區（厚度約5-15μm）是裂紋萌生的薄弱環節；李炳林團隊則致力于提升力-熱耦合模型精度，提出考慮顆粒-基體動態相互作用的修正本構方程，使切削溫度預測誤差降低至12%以內；滕龍龍等系統梳理了多尺度仿真方法體系，指出分子動力學（納米尺度）-離散元（介觀尺度）-有限元（宏觀尺度
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金屬切削中的摩擦行為與多尺度仿真：破解表面質量調控難題
傳統經驗試錯法雖在工藝優化中仍有應用，但其存在成本高昂、研發周期冗長的固有缺陷；而現有有限元仿真技術雖能實現切削過程的數字化模擬，卻因摩擦行為表征精度不足，導致關鍵加工參數（如切削力、溫度場）的預測誤差常超過20%，難以滿足高精度制造需求。
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ABAQUS子結構和子模型綜合網課(結構多尺度)
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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多尺度仿真的實例教程
除了理論概念的探討之外，本文章還將包含多個仿真和設計示例。在結束這段介紹時，我們希望強調，LightTrans International 在平面透鏡（包括超透鏡（metalenses））的重要性問題上保持中立立場。我們的使命是為您提供強大的軟件工具，使您能夠在工作中探索平面透鏡技術的意義和應用。
圖1：幻燈片#6
第二章
多尺度的光學仿真
幻燈片 #9–10
超表面（Metasurfaces）利用具有高折射率的納米結構（通常稱為meta-atoms或者metacells），排列在折射率較低的基底上。這一方法早已被提出 [2]，但近年來再次引起廣泛關注 [3]。如果希望對該領域有初步深入的了解，建議閱讀 Lalanne 和 Chavel 撰寫的綜述文章 [4]。此外，還推薦 Yang Fan 等人 撰寫的教程 [6]，其中包含大量補充參考資料。
幻燈片 #11–12
由于超表面（metasurfaces）由納米結構組成，顯然幾何光學方法并不適用。相反，必須采用基于麥克斯韋方程組（Maxwell’s equations）的電磁場理論，即通常所稱的物理光學（physical optics）。因此，在透鏡系統中整合超透鏡（metalenses）或其他平面透鏡，與傳統透鏡曲面及其他光學元件結合，會形成一個多尺度系統（multiscale system）。這就需要一種跨尺度的光學建模方法，通常稱為多尺度光學仿真（multiscale optical simulation）。簡單來說，必須強調的是：多尺度仿真無法僅通過數據接口將多個光學軟件工具連接在一起實現。相反，它需要一個全面的策略，基于高階物理光學理論，為光學軟件提供堅實的理論基礎。對不同尺度的光學系統進行建模，需要在統一的物理光學框架內集成多種不同的仿真模型。
展開 軟件概述與技術架構
Digimat是由e-Xstream engineering（現歸屬Hexagon Manufacturing Intelligence）開發的專業復合材料多尺度建模與仿真平臺。作為當前復合材料仿真領域的標桿軟件，Digimat采用獨特的多尺度方法學框架，實現了從微觀纖維/基體界面到宏觀結構性能的跨尺度預測。
核心技術特點：
l 材料-工藝-性能一體化建模：集成材料數據庫包含500+種常見增強纖維和樹脂基體；
l 多物理場耦合能力：支持力學-熱學-電學耦合分析；
l 工業接口豐富：與Abaqus、ANSYS、LS-DYNA等主流CAE軟件無縫對接。
2. 核心功能評測
2.1 微觀尺度表征能力
Digimat-MF模塊通過代表性體積單元(RVE)方法，精確預測復合材料的局部應力/應變場。
展開 在優化材料選擇方面，由于這是一種多尺度方法，可以為復合材料的基體選擇不同的材料，例如在虛擬數值分析中選擇不同的熱塑性塑料，不同的纖維如玻璃纖維或碳纖維。還可以通過動力學結構分析得到的結果，對產品做進一步的結構優化。
LS-DYNA多尺度方法開展手機的跌落測試仿真。手機蓋板用注塑成型的短纖維增強熱塑性塑料制造，手機模型裝配了PCB印刷線路板、電池、屏幕和一些接合件。使用Moldex3D軟件完成成型仿真以得到纖維取向和體積分數的分布數據，然后使用LS-PrePost將Moldex3D網格上的纖維分布數據映射到LS-DYNA有限元網格模型。根據LS-DYNA動力學仿真結果，可以清楚地看到應力波如何在注塑成型的蓋板中傳播，并傳播到手機內的不同組件。我們可以使用這個仿真識別需要改進的關鍵位置或關鍵組件，這對電子產品設計至關重要。
小結
總而言之，多尺度建模對復合材料設計和分析非常有幫助。沿著這個方向，我們在LS-DYNA R13中發布了RVE分析功能。為進一步加速非線性多尺度結構仿真，LS-DYNA已經開發出一種基于機器學習的方法，并在LS-DYNA R14版本中正式發布，并已成功集成深度材料網絡DMN這一機器學習方法，基于注塑成型短纖維增強復合材料的制造場景，通過LS-DYNA進行制造流程仿真。這種新方法的準確性媲美高保真多尺度有限元仿真方法，而這種新方法的計算速度比傳統的多尺度有限元方法快了幾個數量級。關于該新方法的更多內容，您可參考以下兩篇論文：
1、Liu, Z., Wei, H., Huang, T. Wu, C. T. (2020).
展開 在優化材料選擇方面，由于這是一種多尺度方法，可以為復合材料的基體選擇不同的材料，例如在虛擬數值分析中選擇不同的熱塑性塑料，不同的纖維如玻璃纖維或碳纖維。還可以通過動力學結構分析得到的結果，對產品做進一步的結構優化。
LS-DYNA多尺度方法開展手機的跌落測試仿真。手機蓋板用注塑成型的短纖維增強熱塑性塑料制造，手機模型裝配了PCB印刷線路板、電池、屏幕和一些接合件。使用Moldex3D軟件完成成型仿真以得到纖維取向和體積分數的分布數據，然后使用LS-PrePost將Moldex3D網格上的纖維分布數據映射到LS-DYNA有限元網格模型。根據LS-DYNA動力學仿真結果，可以清楚地看到應力波如何在注塑成型的蓋板中傳播，并傳播到手機內的不同組件。我們可以使用這個仿真識別需要改進的關鍵位置或關鍵組件，這對電子產品設計至關重要。
小結
總而言之，多尺度建模對復合材料設計和分析非常有幫助。沿著這個方向，我們在LS-DYNA R13中發布了RVE分析功能。為進一步加速非線性多尺度結構仿真，LS-DYNA已經開發出一種基于機器學習的方法，并在LS-DYNA R14版本中正式發布，并已成功集成深度材料網絡DMN這一機器學習方法，基于注塑成型短纖維增強復合材料的制造場景，通過LS-DYNA進行制造流程仿真。這種新方法的準確性媲美高保真多尺度有限元仿真方法，而這種新方法的計算速度比傳統的多尺度有限元方法快了幾個數量級。關于該新方法的更多內容，您可參考以下兩篇論文：
1、Liu, Z., Wei, H., Huang, T. Wu, C. T. (2020).
展開 Digimat作為一款復合材料多尺度分析平臺，提供了多尺度材料正&逆向建模、材料數據庫、工藝結果映射及結構多尺度耦合分析、A-&B-許用值虛擬計算等眾多功能，為相關領域復合材料結構的精確分析和優化提供了成熟的解決方案。
本次直播，將從多尺度理論展開，輔以真實客戶案例針對性闡述并演示汽車增強塑料結構分析解決方案，分析常用的多尺度材料模型，歡迎預約報名！
1月19日 14:00
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直播案例搶先看
玻纖增強復合材料具有密度小、韌性高、成型快、成本低等優點，在汽車、電子電器等領域廣泛使用。玻纖增強復合材料產品通常使用注塑工藝生產，玻纖取向在產品中的分布會存在差異，進而影響產品的最終性能。為了準確預測玻纖增強復合材料產品的性能，需要在仿真分析中考慮工藝（如玻纖取向）的影響。
本案例為您詳解延鋒彼歐公司如何使用Digimat對復合材料尾門內板的沖擊性能進行分析應用。基于海克斯康旗下的復合材料多尺度仿真軟件Digimat，用戶可以輕松創建復合材料材料卡片，將模流仿真分析結果映射到結構有限元網格，從而實現玻纖增強復合材料結構的精確仿真。同時，注塑工藝中的熔接線也會使材料強度有顯著下降，因此在仿真中還需要考慮熔接線的影響。Digimat可將模流分析中的熔接線結果映射到結構分析網格，以此計入熔接線對產品性能的影響。
復合材料力學性能測試
注塑玻纖復合材料尾門內板使用的材料為PP-GF40。考慮三種玻纖取向的試驗樣件，即0°、45°、90°，進行準靜態拉伸試驗，結果如圖1所示。
圖1. 準靜態條件下，不同玻纖取向的應力-應變曲線
為了最終預測沖擊響應，還需要考慮材料的應變率效應。
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多尺度仿真的相關專題、標簽、搜索
多尺度仿真的最新內容
Adams（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）是全球多體動力學仿真領域的標桿軟件，由 MSC Software 公司開發（現隸屬于 Hexagon 集團），憑借領先的虛擬樣機技術，成為汽車、航空航天、重型機械等行業系統級動力學分析的首選工具，全球市場占有率超 60%。
一、軟件核心介紹
Adams 是集建模、求解、可視化
文章名稱《Concurrent multi-scale crush simulations with a crystal plasticity model》
DOI：10.1016/j.tws.2011.12.019
在汽車防撞梁、吸能盒和薄壁管結構中，壓潰吸能能力直接影響結構安全性。傳統有限元分析通常采用各向同性塑性模型，通過宏觀應力–應變曲線描述材料響應。但實際金屬材料并不是“均勻黑箱
全領域 CAE 技術服務，賦能制造研發
MVSC（Multidisciplinary Virtual Simulation Center）多學科虛擬仿真中心，是面向復雜工程系統研發的自主可控多學科仿真集成與優化設計平臺。它集全領域 CAE 技術服務與仿真能力于一體，致力于為制造企業、科研院所及高校提供從單點問題突破到系統級研發能力構建的一站式解決方案。
MVSC
復合材料多尺度力學仿真中，代表性體積單元（RVE）的幾何建模與網格劃分是前處理階段的主要工作之一。受周期性邊界條件的約束，纖維在模型邊界處的切割精度直接影響后續網格匹配。當纖維端面與基體表面未能完全共面時，往往產生微小幾何階躍，導致節點投影誤差。這些問題在手動腳本處理時出錯的概率較高。
“Ansys 2025 全球仿真大會”仿真應用大賽優秀作品展示
本屆仿真應用大賽最終評選出 30 篇 TOP 優秀作品，分別榮獲一、二、三等獎及行業最佳實踐獎。近 200 位來自汽車、半導體、高科技、能源等行業的仿真精英參賽，他們以前沿思維與創新實踐，充分展現了仿真技術的無限潛能。我們將陸續為大家分享獲獎佳作，帶您一同領略仿真賦能創新的非凡力量，希望用戶能從中汲取靈感、啟迪思路。
01 案例背景
在通信與電力系統中，饋線夾用于固定高頻電磁場傳輸線（饋線），其核心要求包括：
保持饋線平直
傾斜度 ≤ 1°
夾緊間隙縮小 ≥ 0.5 mm
螺栓缺失工況下的安全性評估
本案例將分析：
饋線對夾鉗的傾斜影響
預緊螺釘是否足夠使夾鉗變形并固定饋線
單螺栓與雙螺栓安裝的對比
02 模型與材料參數
幾何結構
Zemax & Speos 2026 R1新功能</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202604/imgs/71b1f6f136f14ff4ad8bff49e98fad7f"></p><p class="ql-align-justify">本場網絡研討會將融合Ansys光學和光子學仿真軟件新功能，綜合了解端到端多物理場和多尺度仿真平臺
OAS光學軟件跨尺度仿真來助力27天前
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
本次系列專題不僅覆蓋多物理場、多尺度的復雜系統仿真能力，還重點展示AI與仿真深度融合所帶來的效率與創新突破，這也呼應了近期啟動的“Ansys 2026全球仿真大會”仿真應用大賽。誠邀您報名參會，搶先洞察未來技術發展方向。
（* “Ansys 2026 全球仿真大會”仿真應用大賽新增「新興行業」賽道，聚焦人工智能、數據中心、光模塊、低空經濟等方向，鼓勵更多跨界融合與前瞻性探索。）
作者： Aliyah Mallak | Ansys市場傳播經理
編輯整理：張旭 | Ansys 高級應用工程師
為滿足全球人工智能（AI）發展需求而建立的數據中心，催生了前所未有的電力需求。2018年，美國數據中心耗電量為76 TWh，占美國總能耗的1.9%。而到2028年，美國數據中心的電力需求預計將達到325至580 TWh，約占美國總能耗的12%。
上述情況對AI數據中心的各個環節都提出了巨大挑戰
