有限元多尺度建模的案例
有限元新方法之多尺度有限單元
有沒有研究多尺度有限元的鄰友呀，也稱廣義有限元或者子劃分子結(jié)構(gòu)法，可以一起討論討論，互相學(xué)習(xí)。
下面貼一個文獻吧，取自CMAME
A geometric multiscale finite element method for the dynamic analysis.pdf
基于 ABAQUS 的多尺度有限元模型橋梁檢測與評估
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
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展開 空間大跨桁架結(jié)構(gòu)多尺度節(jié)點有限元分析
空間大跨桁架結(jié)構(gòu)多尺度節(jié)點有限元分析
石英微振器熱敏性的多物理場有限元建模samcef
熱敏性的計算基于有限元軟件Samcef及Oofelie，利用這兩個軟件的聯(lián)合能夠計算出諧振器的機熱耦合及壓電特性。
論文題目：
Multiphysical Finite Element Modeling of a Quartz Micro-Resonator Thermal Sensitivity
Multiphysical Finite Element Modeling of a Quartz.pdf
Digimat：復(fù)合材料多尺度建模的創(chuàng)新力量
在當(dāng)今追求高性能與可持續(xù)發(fā)展的工業(yè)領(lǐng)域，復(fù)合材料正成為越來越多行業(yè)的首選材料。其卓越的比強度、比模量、耐腐蝕性和高度可設(shè)計性，使其在航空航天、汽車制造、電子設(shè)備等行業(yè)中逐漸取代傳統(tǒng)金屬材料。然而，傳統(tǒng)的復(fù)合材料分析方法難以準(zhǔn)確捕捉材料微觀結(jié)構(gòu)對宏觀性能的影響，導(dǎo)致設(shè)計中不得不引入較大安全系數(shù)，既增加成本又限制材料性能發(fā)揮。但現(xiàn)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(xiàn)歸屬 Hexagon Manufacturing Intelligence）開發(fā)的專業(yè)復(fù)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(xué)框架，實現(xiàn)了從微觀纖維 / 基體界面到宏觀結(jié)構(gòu)性能的跨尺度預(yù)測。其強大功能體現(xiàn)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(yù)測復(fù)合材料的局部應(yīng)力 / 應(yīng)變場。以碳纖維 / 環(huán)氧樹脂體系為例，該模塊展現(xiàn)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(yù)測纖維取向分布與 CT 掃描結(jié)果相關(guān)性達 0.91，翹曲變形預(yù)測精度比傳統(tǒng)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(yè)應(yīng)用中成果顯著。在航空航天領(lǐng)域，某型無人機機翼設(shè)計借助 Digimat，成功減重 15% 的同時保持等效剛度，開發(fā)周期縮短 6 個月，物理試驗次數(shù)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(yīng)力降低 14.3%，生產(chǎn)成本降低 20% 。
展開 dynaform多工步拉深模面設(shè)計以及有限元建模計算過程動畫
有限元建模計算過程動畫:
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展開 【CAE案例】換熱器多尺度建模耦合
由于換熱器對熱量交換效率的要求，換熱器從流體進口到交換區(qū)再到出口的尺度變化較大，圖一展示了一個常見換熱器的尺寸變化。在這種情況下，如果對換熱器進行全計算流體力學(xué)（CFD）仿真，需要較大網(wǎng)格量才能保證網(wǎng)格質(zhì)量，這就使得CFD仿真變得復(fù)雜和昂貴。為了節(jié)約計算成本且保證計算準(zhǔn)確度，本案例提出了不同尺度區(qū)域分開建模再耦合的方法進行CFD仿真，分區(qū)如圖2所示。
圖1 換熱器尺寸變化
圖2 換熱器尺度分區(qū)
02
模型建立
本案例選取了如圖所示的換熱器幾何模型作為研究對象，由于換熱器是對稱的，只需研究一半的換熱器。該模型的上表面為對稱面，模型包含6個熱通道和6.5個冷通道，通道之間由12個固體片隔開。熱流體的流動方向為x，冷流體的流動方向為-z。
圖3 換熱器幾何模型
首先對通道外的區(qū)域構(gòu)建流體仿真網(wǎng)格，通道內(nèi)區(qū)域?qū)挾确较蛴靡粚泳W(wǎng)格來模擬，得到整個通道的平均量。過渡區(qū)網(wǎng)格如下圖所示，模型共包含為3 000 000單元。
圖4 過渡區(qū)網(wǎng)格
對于通道內(nèi)的流體，我們構(gòu)建了一個元模型（Metamodel），建立了一個鏈接輸入和輸出的I/O近似模型。對單個通道單獨建模，使用多孔介質(zhì)模型模擬單個通道內(nèi)流體流動，多孔介質(zhì)的參數(shù)如圖2所示，得到通道內(nèi)流體溫度分布如圖5所示。同時得到了輸出參數(shù)Nu和Cf與輸入的關(guān)系。
展開 ABAQUS多尺度纖維增強混凝土二維建模
論文中建立的二維纖維增強混凝土模型包含粗骨料、砂漿、纖維、骨料與砂漿的界面過渡區(qū)、纖維與砂漿的界面過渡區(qū)在內(nèi)的多相材料，且混凝土砂漿中包含隨機分布的孔隙。
本案例中，采用CAD纖維混凝土2D V1.1插件在AutoCAD內(nèi)通過參數(shù)化建模建立骨料、纖維、孔隙及界面過渡區(qū)幾何圖形，各組分在CAD內(nèi)已分圖層，需要分別另存為dxf文件后再導(dǎo)入到ABAQUS。（注意本案例中纖維部件不包含界面過渡區(qū)）
在ABAQUS中將保存的圖形文件以草圖的形式分別導(dǎo)入。
利用草圖分別建立不同組分的模型部件。
將各部件賦值對應(yīng)的材料，并進行裝配。
可對模型劃分網(wǎng)格，如論文中的三角形網(wǎng)格。
也可劃分四邊形網(wǎng)格。
插件具備設(shè)置多邊形邊數(shù)、粒徑、投放數(shù)量及離心率等功能，可實現(xiàn)多種形態(tài)的骨料模型。
也可在保證骨料及纖維分布不變的情況下，單獨調(diào)整孔隙分布，以研究孔隙率等變化對纖維增強混凝土性能的影響。
展開 Digimat多尺度建模技術(shù)體系研究：復(fù)合材料仿真前沿進展
軟件概述與技術(shù)架構(gòu)
Digimat是由e-Xstream engineering（現(xiàn)歸屬Hexagon Manufacturing Intelligence）開發(fā)的專業(yè)復(fù)合材料多尺度建模與仿真平臺。作為當(dāng)前復(fù)合材料仿真領(lǐng)域的標(biāo)桿軟件，Digimat采用獨特的多尺度方法學(xué)框架，實現(xiàn)了從微觀纖維/基體界面到宏觀結(jié)構(gòu)性能的跨尺度預(yù)測。
核心技術(shù)特點：
l 材料-工藝-性能一體化建模：集成材料數(shù)據(jù)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(xué)-熱學(xué)-電學(xué)耦合分析；
l 工業(yè)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(yù)測復(fù)合材料的局部應(yīng)力/應(yīng)變場。
展開 dynaform5[1].2多工步拉深模面設(shè)計以及有限元建模計算過程動畫
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展開 將超透鏡建模集成到多尺度光學(xué)系統(tǒng)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(shè)計示例。在結(jié)束這段介紹時，我們希望強調(diào)，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(shù)的意義和應(yīng)用。
圖1：幻燈片#6
第二章
多尺度的光學(xué)仿真
幻燈片 #9–10
超表面（Metasurfaces）利用具有高折射率的納米結(jié)構(gòu)（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(guān)注 [3]。如果希望對該領(lǐng)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(jié)構(gòu)組成，顯然幾何光學(xué)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(xué)（physical optics）。因此，在透鏡系統(tǒng)中整合超透鏡（metalenses）或其他平面透鏡，與傳統(tǒng)透鏡曲面及其他光學(xué)元件結(jié)合，會形成一個多尺度系統(tǒng)（multiscale system）。這就需要一種跨尺度的光學(xué)建模方法，通常稱為多尺度光學(xué)仿真（multiscale optical simulation）。簡單來說，必須強調(diào)的是：多尺度仿真無法僅通過數(shù)據(jù)接口將多個光學(xué)軟件工具連接在一起實現(xiàn)。相反，它需要一個全面的策略，基于高階物理光學(xué)理論，為光學(xué)軟件提供堅實的理論基礎(chǔ)。對不同尺度的光學(xué)系統(tǒng)進行建模，需要在統(tǒng)一的物理光學(xué)框架內(nèi)集成多種不同的仿真模型。
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(xué)報CJA
晶體塑性有限元仿真入門(2)--BCC、FCC、HCP晶格材料以及多相材料的有限元模擬
晶體塑性有限元仿真入門(2)--BCC、FCC、HCP晶格材料以及多相材料的有限元模擬
這篇文章講解如何使用晶體塑性有限元方法(CPFEM)進行不同晶格材料以及多相材料的變形模擬，CPFEM是基于商業(yè)有限元軟件ABAQUS完成的建模，晶體塑性本構(gòu)模型是使用的開源的UMAT用戶子程序(源碼和inp文件見附件)。采用CPFEM模擬了面心立方結(jié)構(gòu)(FCC)、體心立方結(jié)構(gòu)(BCC)和密排六方結(jié)構(gòu)(HCP)的單晶、多晶及多相材料受到外部載荷時的力學(xué)響應(yīng)?；诨圃淼木w變形理論，隨著變形的進行各滑移系統(tǒng)的臨界剪應(yīng)力都會增大，CPFEM將捕捉到材料的力學(xué)響應(yīng)(應(yīng)力-應(yīng)變曲線)。這些應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)有助于從根本上理解晶粒尺度下金屬變形的性質(zhì)。
首先我們從一個簡單的FCC晶格材料的例子入手，講解如何進行有限元模型的創(chuàng)建，從完全新手的角度出發(fā)，一步步講解如何建模，賦予材料和處理仿真結(jié)果。
本文章包括以下八個部分：
1) FCC晶格材料的變形模擬-單晶體
2) FCC晶格材料的變形模擬-多晶體
3) BCC晶格材料的變形模擬-單晶體
4) BCC晶格材料的變形模擬-多晶體
5) HCP晶格材料的變形模擬-單晶體
6) HCP晶格材料的變形模擬-多晶體
7) 多相材料的變形模擬
8) 參考資料
1. FCC晶格材料的變形模擬-單晶體
幾何模型
如圖1.1a在草圖里繪制R0.015mm的圓形，拉伸0.05mm，最后得到如圖1.1b所示的圓柱體(R0.015mm&H0.05mm)。
展開 【ABAUQS】浮置板-隧道-土體-建筑有限元建模及動力響應(yīng) ￥800
本帖介紹一套完整的浮置板-隧道-土體-建筑有限元模型
模型包含：鋼彈簧浮置板，隧道，土體（三層），框架式建筑物，如下圖所示：
整體網(wǎng)格圖：
隧道局部網(wǎng)格圖展示：
土體分為三層，且最外邊框采用無限元技術(shù)盡可能防止波的反射：
列車荷載采用Matlab封裝自編程軟件，同時搭載多節(jié)車動力學(xué)，仿真獲取有限元模型所有扣件位置處的支反力。（本貼中不加入自編程軟件模塊，因為有很多成熟的商業(yè)軟件都可以實現(xiàn)支反力的提取，如實在對作者軟件感興趣，可帖外咨詢）但，作者還是要介紹！??！
主要文件介紹：
VTC.exe文件就是封裝軟件本件。當(dāng)然因為是作者自編，那么.m文件也就是對應(yīng)的源代碼咯。
Force.xls 文件即為本模型所需的全尺寸扣件支反力，部分展示如圖：
Pj.xls文件是擴展需求，為了滿足用戶可能需要實現(xiàn)移動荷載，也就是在鋼軌上進行加載的需求而輸出。部分展示如圖：
MyAppInstaller_mcr.exe這個文件很重要，是打開軟件時候一定要安裝的工作環(huán)境。
接下來繼續(xù)介紹有限元模型，無論通過什么方式得到的扣件反力挨個加到相應(yīng)扣件位置處進行動力學(xué)求解。下圖展示了在浮置板軌道上的加載位置
結(jié)果展示
該圖為浮置板的垂向加速度
該圖為隧道的垂向加速度云圖，右邊為隧道的垂向加速速度時程
該圖為全局的垂向加速度云圖，右邊為地表的垂向加速速度時程
該圖為各層的垂向加速度，說明了傳遞規(guī)律的正確性
本帖不包含：VTS耦合動力學(xué)軟件，以及本模型未處理的全部操作錄制視頻
不放入本帖主要是考慮到大家不一定需要，不愿捆綁出售，有需要的可以帖外咨詢我，或者看我別的帖上面有沒有單獨放置的對應(yīng)內(nèi)容課程
展開 快速了解離散元仿真軟件Altair EDEM（與多體/有限元/流體軟件實現(xiàn)耦合）
1、與 MBD（多體動力學(xué)） 軟件耦合
EDEM與 MBD（多體動力學(xué)） 進行耦合，可以仿真設(shè)備的動態(tài)力學(xué)響應(yīng)，不僅可獲取固體散料對機械設(shè)備的真實載荷大小及其對設(shè)備性能產(chǎn)生的影響，同時可通過分析固體散料的力學(xué)響應(yīng)，為機械設(shè)備作業(yè)質(zhì)量評估提供依據(jù)。
Altair HyperWorks? 2019.1實現(xiàn)了Altair MotionSolve和EDEM之間的實時雙向耦合。
在EDEM中創(chuàng)建散料的模型，設(shè)定顆粒的形狀和質(zhì)量等屬性，創(chuàng)建顆粒間的接觸。在MotionSolve創(chuàng)建系統(tǒng)的多體動力學(xué)模型，與EDEM共享相關(guān)的幾何。耦合仿真同時計算，每個時間步交換數(shù)據(jù)：MotionSolve計算設(shè)備部件的位置和速度，共享數(shù)據(jù)給EDEM，EDEM計算散料顆粒之間的接觸力，以及與設(shè)備部件之間的相互作用，共享各部件上的合力和力矩給MotionSolve。兩者耦合計算整個系統(tǒng)的運動狀態(tài)。
借助EDEM與MotionSolve的雙向耦合，可以分析挖掘機的鏟斗在不同操作工況下的載荷，評估挖掘深度、鏟斗裝載率、結(jié)構(gòu)件載荷分布、動力系統(tǒng)匹配等。
2、與FEA（有限元分析）軟件耦合
EDEM可以與有限元分析軟件耦合，從而實現(xiàn)對施加在機器零件的載荷進行仿真分析，并將結(jié)果直接導(dǎo)出到所選的結(jié)構(gòu)分析工具中。
鏟斗應(yīng)力分析
3、與 CFD（計算流體動力學(xué)） 進行耦合
EDEM可以與 CFD（計算流體動力學(xué)） 進行耦合，用于顆粒級的固-液相系統(tǒng)的建模。
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