多尺度建模
關注創建者：匿名 創建時間：2025-12-19
多尺度建模的視頻教程
復合材料切削加工瓶頸與多尺度建模仿真技術探討
三者形成“現象揭示-模型構建-方法綜述”的邏輯遞進關系，共同凸顯多尺度建模在破解復合材料切削難題中的核心價值——既能捕捉增強相顆粒的微觀斷裂行為，又可預測構件宏觀加工質量，為工藝參數優化與刀具設計提供科學依據。
免費 3分鐘 7播放
查看
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）。
￥200 6小時30分鐘 3458播放
查看
ABAQUS細觀混凝土骨料砂漿ITZ三相建模(Python二次開發)
本課程為基于ABAQUS Python二次開發的細觀混凝土多尺度建模系列課程的第三季，緊跟前兩季課程中隨機骨料生成投放相交判斷的建模內容，前兩季課程鏈接如下： ABAQUS細觀混凝土隨機骨料、鋼纖維建模(Python二次開發) ABAQUS混凝土細觀隨機多面體骨料建模 (Python二次開發) 細觀混凝土多尺度建模系列課程涉及的ABAQUS Python二次開發的內容屬于中上難度，而關于
￥498 7小時23分鐘 9859播放
查看
多尺度建模的實例教程
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 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 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 為解決這一問題，作者提出了一種并發多尺度建模方法：宏觀結構層面采用顯式有限元模擬方管壓潰；每個積分點內部嵌入一個由多個 FCC 晶粒組成的多晶聚集體；晶粒層面采用 Marin 晶體塑性模型描述滑移、硬化和晶格旋轉；最后通過 Taylor 型均勻化獲得積分點平均應力。這樣，宏觀有限元計算不再只依賴經驗塑性曲線，而是能夠實時考慮晶粒取向和織構演化對結構響應的影響。
文章中，作者首先通過單元模型分別施加拉伸、壓縮和簡單剪切，生成不同初始織構；隨后將這些織構賦予方管模型，并進行軸向壓潰模擬。
結果表明，雖然不同織構對整體折疊形貌的影響并不總是非常顯著，但對壓潰力–位移曲線、平均壓潰力和能量吸收能力具有明顯影響。尤其是在角部、水平鉸線和錐面等局部大塑性區域，晶粒取向會持續演化，形成不同的局部織構模式。文章還指出，拉伸織構和壓縮織構在不同壓潰模式下表現出不同的吸能優勢，這說明“材料制造歷史”并不是可以忽略的背景信息，而是可能影響結構服役性能的重要因素。
這篇文章對我們的啟發在于：晶體塑性并不只能用于單晶拉伸、RVE 或微觀變形分析，也可以嵌入顯式動力學框架，用于研究真實工程結構中的局部變形、吸能和織構演化。對于高溫合金、鋁合金薄壁件、微尺度構件等問題，如果材料存在明顯織構或晶粒尺度效應，將晶體塑性與結構有限元耦合，能夠提供比傳統本構更豐富的物理信息。
我們可以將我之前推文提到的umat-taylor模型轉化為vumat子程序，進一步使用晶體塑性模型模擬大變形結構尺度材料變形行為。案例展示如下：
初始模型參考文章的設置（上下兩層鋼板，中間為薄殼結構）：
使用通用接觸，摩擦系數設置為0.5，共4000個單元，每個單元包含50個具有不同初始取向晶粒。共20萬晶粒。
展開 因 此，對于大橋及特大橋橋梁檢測進行理論計算分析時， 可采用本研究提出的多尺度模型進行計算分析，既可提高計算精度，也可平衡計算時間成本。
參考文獻
[1]李平.橋梁結構精細計算[D].重慶：重慶交通大學，2009.
[2]王家林，李平.ABAQUS 箱型橋梁的 GUI 二次開發[J].重慶 交通大學學報（自然科學版），2009，28（6）：1000-1004，1024.
[3]班長凱.基于有限元軟件 ABAQUS 的影響面實現及工程應 用[D].南京：東南大學，2019.
[4]侯章林.基于 Abaqus 的公路下穿高速橋梁結構安全評價 分析[J].交通世界，2020（12）：11-13.
[5]張何.基于結構工程軟件的精細化分析策略研究[D].哈爾 濱：哈爾濱工業大學，2013.
[6]陸新征，林旭川，葉列平.多尺度有限元建模方法及其應用 [J].華中科技大學學報（城市科學版），2008（4）：76-80.
[7]馬萬良.多尺度有限元模型在橋梁檢測中的應用[J].蘭州工 業學院學報，2021，28（1）：39-43.
[8]伍彥斌，黃方林.多尺度有限元建模與分析的部分混合單 元法[J].華中科技大學學報（自然 科學版），2018，46（5）：110-114.
[9]吳佰建，李兆霞，湯可可.大型土木結構多尺度模擬與損傷 分析——從材料多尺度力學到結構多尺度力學[J].力學進 展，2007（3）：321-336.
[10]王大東.鋼筋混凝土結構多尺度建模與數值分析[D].大 連：大連理工大學，2014.
展開 
多尺度建模的相關專題、標簽、搜索
多尺度建模的最新內容
為解決這一問題，作者提出了一種并發多尺度建模方法：宏觀結構層面采用顯式有限元模擬方管壓潰；每個積分點內部嵌入一個由多個 FCC 晶粒組成的多晶聚集體；晶粒層面采用 Marin 晶體塑性模型描述滑移、硬化和晶格旋轉；最后通過 Taylor 型均勻化獲得積分點平均應力。這樣，宏觀有限元計算不再只依賴經驗塑性曲線，而是能夠實時考慮晶粒取向和織構演化對結構響應的影響。
“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。
投影物鏡案例分析
簡介
投影物鏡作為光刻、投影顯示等領域的核心光學成像系統，由前級聚光、中繼像差校正及后級投影多組透鏡單元構成，通過多級光線會聚與像差校正消除球差、色差等畸變，實現大視場、高分辨率的清晰成像，其成像精度與畸變控制能力直接決定終端設備的性能表現，需嚴格滿足高精度光學系統的設計標準。本項目基于 OAS 光學軟件，通過幾何與波動光學跨尺度仿真
非序列光學系統，特別是那些非序列性來自組件內部多次內部反射的系統，具有一系列特定的挑戰。將這樣的系統分解成一個順序等價的系統通常非常不方便，而且總是不切實際的。因此，擁有一個穩定的非序列建模策略可以在面臨此類任務時成為一個巨大的優勢。
建模和設計軟件VirtualLab Fusion正是通過其手動通道配置模式提供了這優勢，在該模式中，所謂的“光路查找器”對光在非連續系統中遵循的路徑進行初步分析
原創 于 2026年2月25日 發布 標簽：#FSI #ExplosionSimulation #ALE #SPH #PreSys #CFD #FEM
在爆炸與沖擊仿真領域，多介質流固耦合（FSI）問題一直是數值計算的核心難點。從空氣沖擊波傳播到結構破壞，再到破片飛散，整個過程涉及強非線性、大變形與多尺度耦合。
基于
? 功能選項中微觀力學接口列表下的選項為提供非線性多尺度材料建模軟件使用，無法直接匯入結構分析軟件。
步驟4
切換至結構分析軟件ANSYS，并匯入網格檔。可由材料模型與材料數目確認是否成功匯入考慮纖維造成非等向性的材料性質。施以位移與固定的邊界條件后，求解Von Mises Stress。
樹脂屬性通過分層多尺度建模框架，向上傳遞至鋪層層級屬性，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。
? 功能選項中微觀力學接口列表下的選項為提供非線性多尺度材料建模軟件使用，無法直接匯入結構分析軟件。
步驟4
切換至結構分析軟件ANSYS，并匯入網格檔。可由材料模型與材料數目確認是否成功匯入考慮纖維造成非等向性的材料性質。施以位移與固定的邊界條件后，求解Von Mises Stress。
這一可喜的初始結果，確保了多尺度計算建模在癌癥研究領域的有效性，并為該領域的進一步發展奠定了基礎。
邁向癌癥研究的新時代
Pérez坦言，這些模型即便只能為1%的癌癥病例提供幫助，也將是一項驚人的成就，而且該團隊現已取得的發展十分重要，這一點毋庸置疑。
旋轉流變儀是研究材料流變行為（如黏度、彈性、屈服應力等）的核心儀器，廣泛應用于高分子、食品、化妝品、醫藥、油墨、涂料等領域。它通過旋轉夾具對樣品施加可控應力或應變，測量材料的力學響應，從而分析其流動和變形特性。
01、流變儀能測什么？
流變儀主要測量材料的以下特性：
黏性（像蜂蜜一樣抵抗流動的能力）
彈性（像橡皮筋一樣恢復形狀的能力）
黏彈性（介于液體和固體之間的行為
