微觀力學(xué)建模的案例
Moldex3D模流分析之微觀力學(xué)接口模塊
有關(guān)非線性多尺度材料建模軟件
Digimat, Converse及Ansys 等非線性多尺度材料建模軟件 (Nonlinear multi-scale material modeling software)，具備在微觀-宏觀層面建立復(fù)合材料模型的功能。若與結(jié)構(gòu)分析軟件搭配運(yùn)用，則可解決復(fù)雜的非線性多尺度有限元素問題。 由于此類型雙尺度模擬方法聯(lián)結(jié)并達(dá)成非線性材料建模軟件與結(jié)構(gòu)軟件的協(xié)作，因此可精確計(jì)算復(fù)合材料不應(yīng)被忽略的非線性效應(yīng)。
微觀力學(xué)界面
Moldex3D > 非線性多尺度材料建模軟件 > FE 軟件
Moldex3D微觀力學(xué)接口（Micromechanics Interface）功能模塊是內(nèi)建于 FEA 接口模塊中的進(jìn)階功能，主要作用是在射出成形過程中提取纖維配向（fiber orientation）為各項(xiàng)材料數(shù)據(jù)，輸入非線性材料建模軟件，并取得最終在結(jié)構(gòu)分析軟件如ABAQUS、ANSYS、LS-DYNA、和 MARC中做進(jìn)一步分析所必要的關(guān)鍵材料參數(shù)。
展開 設(shè)計(jì)仿真 | Digimat&Marc助力Radici集團(tuán)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)再生工程聚合物的力學(xué)性能
“
Radici集團(tuán)的高性能聚合物公司使用Digimat和Marc，根據(jù)微觀結(jié)構(gòu)、拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)和微觀力學(xué)建模對(duì)材料卡進(jìn)行逆向工程。
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背 景
Radici集團(tuán)的高性能聚合物公司提供力學(xué)回收的工程聚合物。由于開發(fā)用于高端應(yīng)用的再生聚合物是一項(xiàng)有挑戰(zhàn)的工作，Radici集團(tuán)的高性能聚合物公司借助于海克斯康工業(yè)軟件Digimat和Marc軟件，提出一種先進(jìn)的材料性能預(yù)測(cè)方法，以便讓客戶相信其生產(chǎn)的可持續(xù)利用材料能夠滿足客戶的應(yīng)用要求。
Radici集團(tuán)的高性能聚合物公司已經(jīng)驗(yàn)證了三種可回收產(chǎn)品。一個(gè)是后工業(yè)可回收（PIRPIR）級(jí)別，兩個(gè)是后消費(fèi)可回收（PCRPCR）級(jí)別。這些產(chǎn)品源自于安全氣囊廢物和輪罩廢物。根據(jù)生命周期評(píng)估，使用回收工程材料相比于使用原始材料，二氧化碳排放減少了84%-88% 。
圖1：一種原始材料和三種回收級(jí)別的材料的拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)
挑 戰(zhàn)
圖1 中的拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，可回收聚酰胺6.6 在材料開發(fā)和商業(yè)化方面面臨挑戰(zhàn)。三種可回收聚合物，即PIR GF030/1K 、具有報(bào)廢安全氣囊的PCR PA6.6 GF30 以及具有回收輪罩的PCRPA6.6 GFMD3015GFMD3015，和原始材料進(jìn)行了對(duì)比。
解決方案
Radici集團(tuán)的高性能聚合物公司使用Digimat和Marc，根據(jù)微觀結(jié)構(gòu)、拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)和微觀力學(xué)建模對(duì)材料卡進(jìn)行逆向工程。回收過程中的額外加工步驟使微觀結(jié)構(gòu)成為影響回收工程聚合物材料性能的關(guān)鍵因素。受研磨和復(fù)合影響的纖維長(zhǎng)度分布可準(zhǔn)確地記錄在Digimat 材料卡中。
展開 Digimat&Marc助力Radici集團(tuán)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)再生工程聚合物的力學(xué)性能
Radici集團(tuán)的高性能聚合物公司使用Digimat和Marc，根據(jù)微觀結(jié)構(gòu)、拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)和微觀力學(xué)建模對(duì)材料卡進(jìn)行逆向工程。
背景
Radici集團(tuán)的高性能聚合物公司提供力學(xué)回收的工程聚合物。由于開發(fā)用于高端應(yīng)用的再生聚合物是一項(xiàng)有挑戰(zhàn)的工作，Radici集團(tuán)的高性能聚合物公司借助于海克斯康工業(yè)軟件Digimat和Marc軟件，提出一種先進(jìn)的材料性能預(yù)測(cè)方法，以便讓客戶相信其生產(chǎn)的可持續(xù)利用材料能夠滿足客戶的應(yīng)用要求。
Radici集團(tuán)的高性能聚合物公司已經(jīng)驗(yàn)證了三種可回收產(chǎn)品。一個(gè)是后工業(yè)可回收（PIRPIR）級(jí)別，兩個(gè)是后消費(fèi)可回收（PCRPCR）級(jí)別。這些產(chǎn)品源自于安全氣囊廢物和輪罩廢物。根據(jù)生命周期評(píng)估，使用回收工程材料相比于使用原始材料，二氧化碳排放減少了84%-88% 。
圖1：一種原始材料和三種回收級(jí)別的材料的拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)
挑戰(zhàn)
圖1 中的拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，可回收聚酰胺6.6 在材料開發(fā)和商業(yè)化方面面臨挑戰(zhàn)。三種可回收聚合物，即PIR GF030/1K 、具有報(bào)廢安全氣囊的PCR PA6.6 GF30 以及具有回收輪罩的PCRPA6.6 GFMD3015GFMD3015，和原始材料進(jìn)行了對(duì)比。
解決方案
Radici集團(tuán)的高性能聚合物公司使用Digimat和Marc，根據(jù)微觀結(jié)構(gòu)、拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)和微觀力學(xué)建模對(duì)材料卡進(jìn)行逆向工程。回收過程中的額外加工步驟使微觀結(jié)構(gòu)成為影響回收工程聚合物材料性能的關(guān)鍵因素。受研磨和復(fù)合影響的纖維長(zhǎng)度分布可準(zhǔn)確地記錄在Digimat 材料卡中。
展開 原位納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)——材料微觀力學(xué)性能
材料微觀力學(xué)性能原位測(cè)試儀器具有：微觀、原位、復(fù)合載荷、多物理場(chǎng)耦合四大特點(diǎn)，其中復(fù)合載荷、多物理場(chǎng)耦合特點(diǎn)在傳統(tǒng)宏觀力學(xué)測(cè)試儀中有應(yīng)用，微觀、原位是不同于傳統(tǒng)宏觀力學(xué)測(cè)試試的特點(diǎn)。微觀測(cè)試：宏觀測(cè)試 傳統(tǒng)力學(xué)測(cè)試，（原位納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)）針對(duì)的都是宏材尺度試件；微觀測(cè)試 微納米級(jí)；納米尺度下對(duì)試件材料進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試；微納米力學(xué)測(cè)試相比于傳統(tǒng)的力學(xué)測(cè)試在測(cè)試精度上有著本質(zhì)的提升，（原位納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)）使得人類可以從更為微觀的理解材料的力學(xué)性能與微觀未知世界。原位：對(duì)材料進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試中，通過掃描電子顯微鏡等儀器對(duì)載荷作用下材料變形損傷進(jìn)行全程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的一種力學(xué)測(cè)試新技術(shù)。（原位納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)）原位測(cè)試儀器：在顯微成像設(shè)備的腔體內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)材料拉伸/壓縮力學(xué)性能測(cè)試的系統(tǒng)；（原位納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)）獲得彈性模量、屈服極限及破壞極限等重要力學(xué)參數(shù)；并結(jié)合顯微成像設(shè)備的圖像記錄功能材料的損傷變形、裂紋產(chǎn)生等力學(xué)行為分析。 （原位納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)）離位測(cè)試：試驗(yàn)機(jī)對(duì)材料試作進(jìn)行拉伸試樣；由試驗(yàn)機(jī)繪出載荷-伸長(zhǎng)曲線，進(jìn)而得到載荷作用下應(yīng)力應(yīng)變曲線圖；拿經(jīng)過拉伸試驗(yàn)的試件去掃描電鏡進(jìn)行放大觀察分析，（原位納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)）電鏡將試件放大到5000倍觀察即是微觀級(jí)別，放大到10000倍是納米級(jí)別。
納米力學(xué)主要研究納米尺度物質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)和動(dòng)力學(xué)問題，有非常廣泛和重要的科研和應(yīng)用價(jià)值。傳統(tǒng)的力學(xué)系統(tǒng)通常由牛頓力學(xué)描述，（原位納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)）而納米力學(xué)可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)力學(xué)體系無法實(shí)現(xiàn)的功能和動(dòng)力學(xué)特性，近年來受到了廣泛的關(guān)注。產(chǎn)生超強(qiáng)非線性效應(yīng)和非對(duì)稱的振動(dòng)傳播，（原位納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)）對(duì)未來該領(lǐng)域的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究起到了重要推動(dòng)作用。 眾所周知，胡克定律是支配力學(xué)系統(tǒng)的重要規(guī)律，其可以表述為對(duì)于微小的形變，力學(xué)系統(tǒng)的響應(yīng)是線性的。
展開 
SRMTools---基于微觀力學(xué)的巖石邊坡3D模型
之后主要由Itasca公司內(nèi)部和加拿大的一些大學(xué)包括UBC, University of Alberta, SFU，Laurentian University的巖石力學(xué)研究人員擴(kuò)展和驗(yàn)證了這項(xiàng)研究。SRMTools的不連續(xù)由用戶指定的離散斷裂網(wǎng)絡(luò)DFN生成。SRMTools旨在模擬巖體的變形行為，其中破壞是滑移，節(jié)理張開和原巖破壞的組合。SRMTools能夠模擬巖體的純力學(xué)行為以及耦合的流體-力學(xué)相互作用行為。SRMTools從用戶指定的DFN得出的節(jié)理形狀，然后對(duì)節(jié)理網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的非穩(wěn)態(tài)流體流動(dòng)和壓力進(jìn)行模擬，地下水可以在節(jié)理和巖石中流動(dòng)，當(dāng)新的裂縫形成時(shí)，流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)也會(huì)自動(dòng)擴(kuò)展。
SRMTools采用了SRM技術(shù), SRM允許沿著節(jié)理面滑動(dòng)和張開以及在完整巖石中的斷裂。不過, 以前的SRM模型基于PFC3D，而SRMTools采用了由彈簧連接的點(diǎn)狀質(zhì)量組成的網(wǎng)格來代替PFC3D的球和接觸. 在LSM中，完整巖石用隨機(jī)的節(jié)點(diǎn)組合來表示，這些節(jié)點(diǎn)在三維空間中用無質(zhì)量的彈簧相互連接。SRMTools中的離散格點(diǎn)模型與PFC中的BPM模型類似，只是顆粒在格子節(jié)點(diǎn)上表示為集中的點(diǎn)質(zhì)量，接觸點(diǎn)在法向和剪切方向上都用彈簧表示。換句話說，它將PFC模型中的顆粒用節(jié)點(diǎn)代替，用彈簧表示鍵與鍵之間的接觸，完整的巖石斷裂用彈簧的斷裂來表示。這樣計(jì)算效率更高。LSM使用了SJM的修正版本, 仍然允許通過彈簧的斷裂和節(jié)理滑移來實(shí)現(xiàn)斷裂. 通過創(chuàng)建一個(gè)合成巖體模型SRM, 允許節(jié)理滑動(dòng)和張開以及完整巖石的斷裂。 節(jié)點(diǎn)位置源自 PFC 中周期空間模式(periodic-space mode )中顆粒的中心，節(jié)點(diǎn)位移使用牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律計(jì)算，彈簧使用線性力-位移關(guān)系。通過對(duì)模型內(nèi)的所有結(jié)點(diǎn)求解運(yùn)動(dòng)方程(包括三個(gè)平移和三個(gè)旋轉(zhuǎn)分量)。
3 參考文獻(xiàn)
[1] Cundall, P.
展開 ABAQUS插件--微觀力學(xué)插件Micromechanics Plugin
</span></p><p>ABAQUS斷裂模擬收徒 ，保證快速學(xué)會(huì)各種ABAQUS斷裂模擬方法 1200/人（將享有各種插件以及程序，價(jià)值3000+、專門定制視頻、全程親自教學(xué)、各種模型調(diào)試及解答問題等等，傾囊相教）</p><p><img src="https://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/dialogs/attachment/fileTypeImages/icon_rar.gif"><a href="https://oss.jishulink.com/upload/201912/9b60670cc088486a921a7a8c833eab34.rar" rel="noopener noreferrer" target="_blank" style="color: rgb(0, 102, 204);">ABAQUS插件--微觀力學(xué)插件Micromechanics Plugin.rar</a></p><p><br></p>
展開 Moldex3D模流分析之微觀力學(xué)模塊Micromechanics Interface, MMI
為什么選擇微觀力學(xué)模塊？
微觀力學(xué)模塊(Micromechanics Interface, MMI)是Moldex3D一個(gè)輸出材料特性的模塊，其允許用戶在可提供用戶輸出多尺度材料的材料性質(zhì)給Digimat或Converse，并整合在有限元素分析中。在Moldex3D中以復(fù)合材料完成仿真分析后，用戶能夠利用MMI模塊更準(zhǔn)確、更有效率地解決復(fù)雜的非線性多尺度有限元結(jié)構(gòu)分析。此外，在多尺度模型中將能考慮更多獨(dú)特材料特性：
? 對(duì)應(yīng)于微結(jié)構(gòu)形態(tài)之非等向性
? 對(duì)應(yīng)于微結(jié)構(gòu)形態(tài)之非均勻性
? 非線性，彈塑性
? 疲勞
? 破壞
? 應(yīng)變速率相關(guān)，粘彈性
挑戰(zhàn)
? 如何獲得由成型過程引起的各種材料性質(zhì)，如縫合線、纖維排向及殘余應(yīng)力等
? 如何轉(zhuǎn)移部件的材料性質(zhì)變化以用于FEA應(yīng)用
? 對(duì)進(jìn)階成型工藝如MuCell?的評(píng)估，以及它如何影響零件結(jié)構(gòu)性能
Moldex3D 解決方案
? 于FEA軟件前，直接選擇Digimat和Converse分析的輸出項(xiàng)
? 支援ANSYS、ABAQUS、MSC-Nastran、Marc、LS-DYNA和Radioss之連續(xù)結(jié)構(gòu)分析
? 為了滿足成型過程中由制程引起的變化，輸出項(xiàng)包括：
o 纖維排向
o 縫合線區(qū)域數(shù)據(jù)
o 殘留應(yīng)力
o Digimat-MAP允許映像殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)并將其視為機(jī)械模擬的輸入
o EOP和EOC的溫度分布
o 包括零件和嵌件
o 冷卻步驟前后的溫度以用于執(zhí)行Digimat的翹曲分析
應(yīng)用產(chǎn)業(yè)
? 能源
? 航空航天
? 汽車
? 電子
? 船
? 消費(fèi)品
展開 金屬增材制造的微觀結(jié)構(gòu)演化建模與仿真
然而，它們面臨一個(gè)共同的挑戰(zhàn)–新晶粒成核的建模。金屬3D打印中，成核是一個(gè)關(guān)鍵問題，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有解決。
探索晶粒結(jié)構(gòu)演變
《Modeling and Simulation of Microstructure Evolution for Additive Manufacturing of Metals: A Critical Review》論文的目的是回顧模擬AM-增材制造過程微觀結(jié)構(gòu)的理論方法。通過實(shí)驗(yàn)中觀察到的為業(yè)界提供了控制增材制造過程中晶粒結(jié)構(gòu)演變的不同機(jī)制的良好物理基礎(chǔ)。最終，必須根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證數(shù)值模型。
微觀結(jié)構(gòu)建模的基礎(chǔ)是定義明確的溫度場(chǎng)，描述了在凝固前沿對(duì)溫度進(jìn)行建模的不同方法，并討論了它們的具體優(yōu)缺點(diǎn)。主要部分涉及對(duì)晶粒結(jié)構(gòu)演變建模的各種方法，包括對(duì)其在實(shí)際成分中計(jì)算微觀結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)能力的重要討論。
雖然金屬增材制造過程看似是一種焊接過程，其中通過高功率激光光束熔化粉末層，或者將金屬粉末注入由激光束產(chǎn)生的熔池中。然而焊接工藝和增材制造之間仍存在重要區(qū)別，在金屬增材制造過程中，數(shù)百小時(shí)內(nèi)會(huì)形成數(shù)百條線和數(shù)百層。因此，需要觀察到瞬態(tài)溫度場(chǎng)，溫度場(chǎng)的疊加，原位熱處理和幾何效應(yīng)。
直到今天，幾位實(shí)驗(yàn)家都報(bào)告了但沒有詳細(xì)研究這種現(xiàn)象。晶粒成核的原因之一是偏析的微觀結(jié)構(gòu)被重新熔化。在重熔過程中，可能會(huì)發(fā)生一些沉淀物或顆粒沒有完全溶解并充當(dāng)異質(zhì)核的現(xiàn)象。另外，單元或樹突與熔池之間的粗糙界面，或多或少的均勻熔體（對(duì)流）可能會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)烈的過冷情況，尤其是在樹突間區(qū)域內(nèi)。后一種現(xiàn)象幾乎尚未被探索，并且將來需要進(jìn)行詳細(xì)的研究。
在增材制造中，通常我們都知道掃描策略對(duì)微觀結(jié)構(gòu)有很大影響。另外，表面效應(yīng)對(duì)微觀結(jié)構(gòu)有很大影響。
展開 精沖鋼微觀組織對(duì)其力學(xué)性能和精沖性能影響的多尺度模擬研究
精沖用碳鋼常見的三類微觀組織如圖1所示，包括球化退火組織、含碳化物帶的組織和未退火含珠光體的組織。在后文的建模過程中，統(tǒng)一將碳化物簡(jiǎn)化為滲碳體，而不再考慮其他碳化物的影響。
圖1 精沖用鋼C15E
基于精沖鋼微觀組織的多尺度模擬
通過數(shù)值模擬研究不同微觀組織特征對(duì)材料性能的影響是目前精沖成形研究的一大熱點(diǎn)，越來越多的模擬研究?jī)A向于將宏觀有限元模型和微觀組織模型（如代表體積元RVE模型)結(jié)合，以對(duì)實(shí)際宏觀成形過程中的特征變形區(qū)域構(gòu)建局部的微觀組織模擬。
宏微觀建模
根據(jù)精沖試驗(yàn)中模具的實(shí)際尺寸在ABAQUS/Explicit中建立二維宏觀有限元模型，如圖2a所示，以獲得關(guān)鍵區(qū)域的變形情況。精沖變形主要集中在間隙處的剪切區(qū)域，因此對(duì)該區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格加密處理。此外，對(duì)剪切區(qū)域除中心一層單元以外的單元運(yùn)用ALE自適應(yīng)網(wǎng)格的方法，防止網(wǎng)格畸變。中心區(qū)域的一層單元將以正常的拉格朗日模式變形，有限元軟件記錄單元節(jié)點(diǎn)的位移變化。
圖2 多尺度精沖有限元模型
RVE建模方法有兩種：一種是利用軟件生成理想化退火態(tài)的球形碳化物顆粒—鐵素體基體RVE模型，另一種是基于真實(shí)的金相組織建立珠光體—鐵素體RVE模型，如圖2b所示。
微觀組織建模
⑴理想化退火態(tài)微觀組織RVE模型。
上文提及的兩種RVE模型建模方法，同樣適用于純微觀模擬研究，區(qū)別僅在于模型的邊界條件。若對(duì)RVE模型施加拉伸或剪切邊界條件，可分析材料不同的微觀組織對(duì)拉伸或剪切性能的影響。在冷軋鋼的退火態(tài)微觀組織中，滲碳體近似于球狀顆粒，或隨機(jī)或以碳化物帶的形式分布在鐵素體基體中。因此建立的二維RVE模型將滲碳體等效為圓形的第二相顆粒，利用軟件直接生成不同直徑、不同體積分?jǐn)?shù)或不同分布狀態(tài)的球狀顆粒。在純微觀模擬研究中，考慮到球狀滲碳體的實(shí)際尺寸，將RVE模型整體尺寸設(shè)為20μm×20μm。
展開 COMSOL微觀多孔介質(zhì)二維滲流模擬基于四參數(shù)隨機(jī)生長(zhǎng)建模
微觀多孔介質(zhì)流體
微觀多孔介質(zhì)廣泛存在于巖石、土層等流體介質(zhì)之中，這使得流體穿過存在復(fù)雜性，滲流的微觀結(jié)構(gòu)決定其宏觀現(xiàn)象，在研究中可采用表征單元體（representative elementary volume，簡(jiǎn)稱REV）方法，這就涉及到微觀介質(zhì)的模型重構(gòu)。
這里采用AbyssFish四參數(shù)隨機(jī)生長(zhǎng)2D軟件進(jìn)行微觀多孔介質(zhì)的構(gòu)建，V1.1版本軟件通過優(yōu)化改進(jìn)的算法，可指定四參數(shù)隨機(jī)增長(zhǎng)的分布概率、生長(zhǎng)概率、孔隙率、以及孔隙尺寸特征等參數(shù)，并可進(jìn)行同一參數(shù)不同孔隙率的動(dòng)態(tài)輸出，方便對(duì)比研究。
這里生成尺寸為寬度為2.0，高度為0.5的多孔介質(zhì)模型，并將其導(dǎo)入到COMSOL內(nèi)，多孔介質(zhì)的孔隙率為70%(白色)。COMSOL模型構(gòu)建方法可以參考：COMSOL建立孔隙尺度多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)模型教程
多孔介質(zhì)中的孔隙為單聯(lián)通域，無無效幾何，如果指定的孔隙率過小，軟件生成的孔隙可能非單聯(lián)通，需要將非聯(lián)通的的幾何進(jìn)行手動(dòng)刪除處理。
物理場(chǎng)采用流體流動(dòng)中的層流，左側(cè)為流體入口，右側(cè)為出口，以下為流速及壓力計(jì)算結(jié)果。
模型樣圖
建模采用的AbyssFish四參數(shù)隨機(jī)生長(zhǎng)2D軟件可在下面鏈接下載：
https://www.yqgqt.org.cn/post/1899410
展開 流體力學(xué)深度學(xué)習(xí)建模技術(shù)進(jìn)展
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文章導(dǎo)讀
維度高、非線性強(qiáng)、數(shù)據(jù)量大是流體力學(xué)問題的主要特點(diǎn)。近年來火熱的深度學(xué)習(xí)技術(shù)由于以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為主、可以解決高維復(fù)雜問題，目前已在流體力學(xué)領(lǐng)域得到了一定應(yīng)用。文章結(jié)合課題組近期研究探討了流體力學(xué)深度學(xué)習(xí)建模技術(shù)的最新進(jìn)展。當(dāng)前學(xué)術(shù)界關(guān)于流體力學(xué)與深度學(xué)習(xí)技術(shù)的交叉研究可以概括為以下三個(gè)方面：
1. 對(duì)流體力學(xué)控制方程的學(xué)習(xí)
通過從偏微分方程的數(shù)學(xué)求解出發(fā)，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行輔助求解。主要可分為兩個(gè)思路：以偏微分方程整體為目標(biāo)進(jìn)行學(xué)習(xí)，以及只對(duì)雷諾應(yīng)力等部分項(xiàng)進(jìn)行的學(xué)習(xí)。
圖 1 翼型繞流渦黏系數(shù)云圖【1】
上圖展示了西北工業(yè)大學(xué)張偉偉教授等采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，以高雷諾數(shù)翼型繞流的S-A湍流模型計(jì)算結(jié)果為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，重構(gòu)出渦黏系數(shù)與平均流動(dòng)變量之間的映射關(guān)系。模型對(duì)于亞音速翼型附著流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了與原始SA模型相當(dāng)?shù)男阅堋?2. 流場(chǎng)重構(gòu)
這種方法將幾何外形這樣的已知信息輸入網(wǎng)絡(luò)，直接獲得流場(chǎng)解。本課題組韓仁坤博士提出了一種混合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，用于對(duì)動(dòng)邊界非定常流場(chǎng)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。在周期性振動(dòng)的圓形動(dòng)邊界非定常流場(chǎng)中獲得了較好的預(yù)測(cè)效果，并且具有較好的泛化性能。
圖 2 流向速度在選定位置的預(yù)測(cè)結(jié)果與CFD計(jì)算結(jié)果時(shí)間歷程對(duì)比【2】
3. 力系數(shù)等特征量的映射與應(yīng)用
通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)直接求得力系數(shù)等各種特征量。與流場(chǎng)重構(gòu)方法不同的是，該應(yīng)用場(chǎng)景忽略流場(chǎng)細(xì)節(jié)，只關(guān)心力系數(shù)等最終結(jié)果，屬于黑箱方法。但這種方法工程應(yīng)用性較強(qiáng)，對(duì)于氣動(dòng)優(yōu)化、氣動(dòng)彈性控制等領(lǐng)域具有較大應(yīng)用前景。
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設(shè)計(jì)仿真 | 使用人工智能方法擴(kuò)充Sabic材料數(shù)據(jù)
該方法將人工智能與先進(jìn)的微觀力學(xué)建模相結(jié)合，克服了純?nèi)斯ぶ悄芊椒ǖ娜觞c(diǎn)。上述方法也可以擴(kuò)展到擴(kuò)充材料其他性能數(shù)據(jù)，例如蠕變和疲勞行為。
在實(shí)際工程中，SABIC公司已經(jīng)使用上述基于物理信息的AI方法，有效地滿足客戶及其材料工程數(shù)據(jù)需求，為其客戶提供大量材料工程數(shù)據(jù)和材料CAE卡片。
計(jì)算流體力學(xué)CFD 建模與仿真
什么是 CFD 建模與仿真
計(jì)算流體力學(xué)（CFD）使用納維-斯托克斯方程（包括五個(gè)偏微分方程）來模擬流體的流動(dòng)。這些方程利用計(jì)算機(jī)資源在虛擬環(huán)境中對(duì)流體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行近似計(jì)算。CFD 仿真能夠使用特定的模型來補(bǔ)充應(yīng)用的物理屬性，進(jìn)而預(yù)測(cè)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景。CFD 建模和仿真結(jié)果通常使用實(shí)驗(yàn)或文獻(xiàn)值進(jìn)行驗(yàn)證。
CFD 建模和仿真適用于汽車、航空航天、制造業(yè)、電子、醫(yī)療保健和環(huán)境工程等領(lǐng)域。簡(jiǎn)而言之，所有涉及流體的應(yīng)用都可以使用 CFD 工具進(jìn)行建模和仿真。CFD 建模和仿真廣泛使用的部分原因是出現(xiàn)了多學(xué)科的建模、分析和優(yōu)化要求。
為什么 CFD 建模和仿真很重要
CFD 建模和仿真從根本上改變了設(shè)計(jì)和制造過程。CFD 仿真有以下優(yōu)點(diǎn)：
1.降低制造成本
CFD 仿真的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域是制造業(yè)。CFD 建模和仿真可以讓您在實(shí)際制造之前全面了解設(shè)計(jì)模型在極端工作條件下的表現(xiàn)。
2.避免昂貴的測(cè)試
在航空航天和許多其他領(lǐng)域，要通過風(fēng)洞測(cè)試或試驗(yàn)來確定部件的性能。CFD 建模和仿真工具通過模擬計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)，極大地簡(jiǎn)化了這一過程。
展開 流體力學(xué)深度學(xué)習(xí)建模技術(shù)研究進(jìn)展
流體力學(xué)深度學(xué)習(xí)建模技術(shù)研究進(jìn)展
王怡星、韓仁坤、劉子揚(yáng)、張揚(yáng)、陳剛
摘要： 深度學(xué)習(xí)技術(shù)在圖像處理、語言翻譯、疾病診斷、游戲競(jìng)賽等領(lǐng)域已帶來了顛覆性的變化。流體力學(xué)問題由于維度高、非線性強(qiáng)、數(shù)據(jù)量大等特點(diǎn)，恰恰是深度學(xué)習(xí)擅長(zhǎng)并可以帶來研究范式創(chuàng)新的重要領(lǐng)域。目前，深度學(xué)習(xí)技術(shù)已在流體力學(xué)領(lǐng)域得到了初步應(yīng)用，其應(yīng)用潛力逐漸得到證實(shí)。以流體力學(xué)深度學(xué)習(xí)技術(shù)為背景，結(jié)合課題組近期研究結(jié)果，探討了流體力學(xué)深度學(xué)習(xí)建模技術(shù)及其最新進(jìn)展。首先，對(duì)深度學(xué)習(xí)技術(shù)所涉及的基本理論做了介紹，闡釋流場(chǎng)建模中常用深度學(xué)習(xí)方法背后的數(shù)學(xué)原理。其次，分別對(duì)流體力學(xué)控制方程、流場(chǎng)重構(gòu)、特征量建模和應(yīng)用等幾個(gè)典型的人工智能與流體力學(xué)交叉問題應(yīng)用場(chǎng)景所涉及的深度學(xué)習(xí)技術(shù)研究進(jìn)展進(jìn)行了介紹。最后，探討了流體力學(xué)深度學(xué)習(xí)建模技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)與未來發(fā)展趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞: 深度學(xué)習(xí), 流體力學(xué), 降階技術(shù), 流場(chǎng)重構(gòu), 幾何特征提取, 非線性系統(tǒng)建模
窗體底端
維度高、非線性強(qiáng)、數(shù)據(jù)量大是流體力學(xué)問題的主要特點(diǎn)。近年來火熱的深度學(xué)習(xí)技術(shù)由于以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為主、可以解決高維復(fù)雜問題，目前已在流體力學(xué)領(lǐng)域得到了一定應(yīng)用。文章結(jié)合課題組近期研究探討了流體力學(xué)深度學(xué)習(xí)建模技術(shù)的最新進(jìn)展。當(dāng)前學(xué)術(shù)界關(guān)于流體力學(xué)與深度學(xué)習(xí)技術(shù)的交叉研究可以概括為以下三個(gè)方面：
1. 對(duì)流體力學(xué)控制方程的學(xué)習(xí)
通過從偏微分方程的數(shù)學(xué)求解出發(fā)，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行輔助求解。主要可分為兩個(gè)思路：以偏微分方程整體為目標(biāo)進(jìn)行學(xué)習(xí)，以及只對(duì)雷諾應(yīng)力等部分項(xiàng)進(jìn)行的學(xué)習(xí)。
圖 1 翼型繞流渦黏系數(shù)云圖
上圖展示了西北工業(yè)大學(xué)張偉偉教授等采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，以高雷諾數(shù)翼型繞流的S-A湍流模型計(jì)算結(jié)果為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，重構(gòu)出渦黏系數(shù)與平均流動(dòng)變量之間的映射關(guān)系。模型對(duì)于亞音速翼型附著流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了與原始SA模型相當(dāng)?shù)男阅堋?2.
展開 醫(yī)學(xué)三維圖像(Mimics)及生物力學(xué)(ANSYS)建模仿真技術(shù)
醫(yī)學(xué)三維圖像(Mimics)及生物力學(xué)(ANSYS)建模仿真技術(shù)
正規(guī)國(guó)家事業(yè)單位下屬培訓(xùn)中心主辦
由南方醫(yī)科大學(xué)（第一軍醫(yī)大學(xué)）副教授張美超老師主講
一、時(shí)間地點(diǎn):
2020年11月26日— 2020年11月29日 遠(yuǎn)程在線直播課程
2020年11月26日— 2020年11月29日 北京.機(jī)房上機(jī)實(shí)踐
培訓(xùn)內(nèi)容（通過網(wǎng)上直播平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)授課）
一：有限元法概述及分析（生物力學(xué)基礎(chǔ)）有限元建模基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)
二：mimics軟件(上機(jī)操作案例分析)：醫(yī)學(xué)有限元模型的特點(diǎn)及建模方法
三：ANSYS有限元分析操作 ANSYS軟件界面及功能模塊介紹
四：醫(yī)學(xué)臨床中的有限元（生物力學(xué)具體案例分析）
輔助課程
1）其它相關(guān)軟件介紹 Geomagic，F(xiàn)reeform， hypermesh等
2）結(jié)合臨床的課題分析與設(shè)計(jì)思路
3）自由問答
4）建立QQ群長(zhǎng)期學(xué)習(xí)平臺(tái)
五、生物力學(xué)具體案例分析
1、頸椎前路蝶型鋼板力學(xué)分析
2、人工椎間盤置換術(shù)后力學(xué)分析
3、樞椎前后方不同角度載荷時(shí)應(yīng)力分析
4、股骨-脛骨復(fù)合體在人體體重沖擊下的運(yùn)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)研究
5、帶鎖髓內(nèi)針、DHS鋼板及近端鎖定鋼板生物力學(xué)性能比較
6、人體胸廓急救按壓力學(xué)仿真
7、微種植支抗改善露齦笑的有限元分析研究
8、下頜骨體部缺損鈦板重建有限元分析研究
六、聯(lián)系方式：
聯(lián)系人: 李連杰老師：13311241619
QQ：1503177939
醫(yī)學(xué)有限元學(xué)習(xí)群群號(hào)： 858387385（加群備注：李連杰老師邀請(qǐng)）
另有《生物流體力學(xué)建模仿真技術(shù)培訓(xùn)班》
2020年12月10日— 2020年12月13日
生物流體力學(xué)培訓(xùn)班QQ群號(hào)：946428130（加群備注：李連杰老師邀請(qǐng)）
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