多尺度仿真的案例
將超透鏡建模集成到多尺度光學系統仿真中（Frank Wyrowski教授）
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 Digimat多尺度建模技術體系研究：復合材料仿真前沿進展
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 LS-DYNA人工智能多尺度計算技術及其在注塑成型復合材料領域的應用
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 LS-DYNA人工智能多尺度計算技術及其在注塑成型復合材料領域的應用
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 
直播預告-汽車增強塑料結構多尺度分析及輕量化仿真技術
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?；诤？怂箍灯煜碌膹秃喜牧?em>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?？紤]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。
展開 金屬切削過程宏觀和微觀尺度有限元仿真進展
圖10 基于金屬切削過程的多尺度有限元仿真模型展望
文章來源： 航空學報CJA
設計仿真 | 復合材料多尺度仿真平臺- Digimat 線下培訓
?？怂箍倒I軟件Digimat復合材料多尺度分析建模平臺能夠幫助用戶完成多種復合材料復雜工程分析，強度非線性失效分析、蠕變、疲勞、沖擊（考慮應變率效應）、NVH（頻率依賴）等，支持的復合材料類型包括：連續纖維（CFRP）、長&短纖維（SFRP）、纖維編織、針刺、晶須、顆粒、片層等增強相和包括樹脂基、金屬基、碳碳和陶瓷基在內的多類基體材料。Digimat提供的軟件接口幾乎涵蓋所有主流有限元軟件，能夠實現耦合分析，大幅提高相關結構的分析精度和能力。
現誠摯邀請您參加6月20、21日在上海舉辦的Digimat仿真分析線下培訓。本次培訓主要講解基于Digimat多尺度理論的SFRP結構的力學聯合仿真分析。培訓涉及Digimat多尺度材料建模理論、材料庫、基于樣件測試結果的材料逆向標定、Digimat與模流軟件以及結構有限元分析的接口以及基于Digimat RP 的注塑產品結構性能CAE分析流程及工程案例。
展開 Digimat：復合材料多尺度建模的創新力量
在當今追求高性能與可持續發展的工業領域，復合材料正成為越來越多行業的首選材料。其卓越的比強度、比模量、耐腐蝕性和高度可設計性，使其在航空航天、汽車制造、電子設備等行業中逐漸取代傳統金屬材料。然而，傳統的復合材料分析方法難以準確捕捉材料微觀結構對宏觀性能的影響，導致設計中不得不引入較大安全系數，既增加成本又限制材料性能發揮。但現在，一款名為 Digimat 的軟件徹底改變了這一局面。
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。它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。其強大功能體現在多個方面。
Digimat 軟件操作界面截圖
在微觀尺度表征上，Digimat-MF 模塊通過代表性體積單元（RVE）方法，能夠精確預測復合材料的局部應力 / 應變場。以碳纖維 / 環氧樹脂體系為例，該模塊展現出極高的建模精度。在工藝仿真方面，Digimat-MAP 模塊可模擬注塑、RTM 等成型工藝對最終性能的影響。如在玻纖增強 PP 的注塑案例中，其預測纖維取向分布與 CT 掃描結果相關性達 0.91，翹曲變形預測精度比傳統方法提高 40%，計算時間比同類軟件縮短 30%（相同硬件配置）。
Digimat 在行業應用中成果顯著。在航空航天領域，某型無人機機翼設計借助 Digimat，成功減重 15% 的同時保持等效剛度，開發周期縮短 6 個月，物理試驗次數減少 60%。在汽車輕量化方面，某電動車電池包殼體項目使用 Digimat 后，最大應力降低 14.3%，生產成本降低 20% 。
展開 投影物鏡設計難點多？OAS跨尺度仿真精準實現
性能優化
通過 OAS 專項功能針對性解決投影物鏡傳統設計痛點：針對多組透鏡引發的像差耦合問題，啟用軟件像差自動校正與多配置優化算法，結合 MTF、點列圖、波前圖等專業像質評估工具，優化透鏡材質組合與面形參數，實現球差、色差的精準校正，顯著提升邊緣視場成像清晰度；
針對系統內鬼像、散射等雜散光干擾，利用雜散光分析模塊識別光學表面反射、支架散射等干擾源，優化透鏡增透膜層設計并增設遮光結構，有效降低雜散光對成像對比度的影響；針對高數值孔徑設計下的波動光學效應，通過 OAS 波動光學模塊實現偏振光線追跡與電場振幅、相位分析，精準模擬亞波長衍射效應，保障高分辨率成像需求。
投影物鏡
惠更斯PSF
波前圖
點列圖
總結
本案例通過 OAS 光學軟件的跨尺度仿真、光機一體化建模及多目標優化功能，成功突破投影物鏡傳統設計的技術瓶頸，實現了像差精準校正、雜散光有效控制與光學性能的綜合提升。相較于傳統設計流程，OAS 的高精度虛擬仿真能力大幅縮短了投影物鏡的研發迭代周期，降低了物理原型制作成本，驗證了方案的可靠性與實用性。該方案為光刻、投影顯示等領域的投影物鏡高精度設計提供了高效的技術支撐，助力高端光學成像系統的研發升級。
展開 VirtualLab Fusion創始人 Frank Wyrowski教授 專家講堂 | 多尺度光學模擬與設計
<p class="ql-align-justify">VirtualLab Fusion創始人 Frank Wyrowski教授 專家講堂 | 多尺度光學模擬與設計的藝術2025年4月24日</p><p class="ql-align-justify">多尺度光學仿真的核心原理，上海嘉定共赴光學仿真互動探討之旅</p><div contenteditable="false" width="100%">
<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202502/attachment/98de19de81f0418b8e1b3a6740ad4108.jpg" style="text-align: center;">
<img src="https://img.jishulink.com/202502/attachment/98de19de81f0418b8e1b3a6740ad4108.jpg?image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_760" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202502/attachment/98de19de81f0418b8e1b3a6740ad4108.jpg?image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202502/attachment/98de19de81f0418b8e1b3a6740ad4108.jpg?
展開 ICME | Schr?dinger攜手Ansys實現多尺度仿真，以應對材料至系統挑戰
樹脂屬性通過分層多尺度建?？蚣埽蛏蟼鬟f至鋪層層級屬性，同時進一步了解工藝引起的材料性能波動，以及關鍵的結構與屬性關系。最終，鋪層層級屬性被尺度傳遞到復合材料層合板屬性，并應用于目標物理系統。
線下培訓 | Digimat 復合材料多尺度分析 & Adams 剛柔耦合仿真
培訓目標：
? Digimat軟件功能和工程應用
? 多尺度分析理論以及Digimat的軟件功能實現（含案例操作）。基于上述培訓內容，讓學員建立起CFRP材料體系常用多尺度分析的能力，為相關領域的深入應用提供基礎。
培訓費用：培訓免費 席位有限 現場參加自備電腦
培訓咨詢：龔老師 17721013876
培訓報名：
掃碼立即報名
作為多體動力學分析軟件，Adams擁有廣泛的用戶群體。用戶使用虛擬樣機進行動力學分析，獲取動態載荷，實現多場耦合等，切實縮短產品研發周期，提升競爭力。Adams支持考慮部件的線彈性和非線性彈性，能夠研究部件線性和非線性變形對機械系統性能的影響，也能計算更準確的部件載荷，用于評價結構剛強度和疲勞壽命。Adams剛柔耦合分析功能最終為分析人員提供平衡機械系統強度、靈活性、成本和重量等設計因素的寶貴建議。
此次培訓介紹使用Adams引入結構線彈性柔性體和非線性柔性體，自動生成線彈性柔性體，建立幾何大變形非線性柔性體及Adams-Marc聯合模擬其它非線性柔性等。
培訓大綱：
培訓時間：9月12日-13日
培訓地點：上海閔行區華中路6號七寶德必易園A316室
培訓目標：
? 了解Adams引入柔性體的必要性；
? 掌握Adams引入柔性體的流程；
? 掌握Adams-Marc聯合仿真流程。
培訓費用：培訓免費 席位有限 現場參加自備電腦
培訓咨詢：湯經理 13795389328
培訓報名：
掃碼立即報名
展開 多尺度算法在增材制造點陣結構仿真分析中的應用（上篇）
通過以上篇幅討論，可以得出以下結論：
- 采用多尺度算法，有效避免耗時耗力的點陣結構建模問題，大大降低建模難度。
- 多尺度算法基于細觀-宏觀-細觀的分析方式，可準確的求解點陣結構的剛度及強度問題。
- 有效減小計算規模，可以高效快速地對增材點陣結構進行求解。
- 支持點陣結構參數優化，可與optislang等優化軟件實現聯合仿真，實現參數最優組合。
- Lattice Simulation add-in點陣分析工具完全無縫集成在Workbench環境中，可與其他模塊軟件實現聯合仿真。
段衛毅，男，德國Ingolstat&Landshut大學應用計算力學碩士，現為安世中德結構仿真咨詢專家，10年以上仿真分析經驗，專長于顯式動力學分析、多尺度分析和優化設計等。
來源：3D科學谷
展開 多尺度算法在增材制造點陣結構仿真分析中的應用（下篇）
綜上所述，可以看出 Lattice Simulation的多尺度算法可以有效地減少建模難度，并進行高效求解計算，同時能夠保證很高的計算精度。
段衛毅，男，德國Ingolstat&Landshut大學應用計算力學碩士，現為安世中德結構仿真咨詢專家，10年以上仿真分析經驗，專長于顯式動力學分析、多尺度分析和優化設計等。
來源：3D科學谷
JMPS：多主元合金塑性和應變硬化的分層多尺度晶體塑性框架
多主元合金(MPEAs)表現出了優異的力學性能，包括良好的抗疲勞性、高屈服強度、耐腐蝕、高延性和熱穩定性，特別是高強度和良好的延性的前所未有的結合。因此，MPEAs有望在關鍵結構和功能上得到廣泛應用，例如抗損傷材料和工具材料。作者通過調研發現，與傳統合金不同，實驗和模擬表明MPEAs中不同的原子類型會導致較大的原子晶格畸變來控制力學性能。
在細觀尺度上，晶體塑性有限元(CPFE)方法可以考慮相變、位錯滑移和變形孿生等多種細觀變形機制，在描述基于微觀結構演化的材料塑性行為方面具有明顯的優勢。而晶體塑性本構模型的參數通常是通過擬合宏觀實驗結果得到的，但是其缺乏亞微米變形機理，所以擬合參數可能不是唯一的，從而降低了CPFE模擬的預測精度。由于MPEAs的微觀結構是多尺度的，如原子空位和晶格畸變、微尺度位錯和中尺度晶粒等，所以需要考慮微尺度的變形機理來獲得精確的晶體塑性本構模型參數，然后開發一種從納米-微-中尺度微觀結構集成的新的模擬方法。湖南大學的Qihong Fang等人將原子模擬、離散位錯動力學和晶體塑性有限元方法結合起來，建立了一個新的框架，研究MPEAs的應變硬化行為，實現了包括納米尺度晶格畸變和微尺度位錯硬化在內的復雜跨尺度因素對塑性變形的影響，作者結合MD、DDD、CPFE模擬方法和隨機場理論(圖1)，提出了一種可捕捉MPEAs中嚴重晶格畸變的分層多尺度方法來建模MPEAs，該方法連接了三個長度尺度(納米尺度、微觀尺度和中尺度)，為深入理解納米-微米-中尺度結構相關的微尺度變形機制提供了新的思路，并為研究先進MPEAs的多尺度微結構調控相關的優越力學性能提供了可能和途徑。
圖1：用分層多尺度建模方法估計晶體塑性本構模型中的硬化參數。用MD、DDD和CPFE耦合模型預測了多晶材料在不同長度尺度下的力學響應。
展開 