RVE建模的案例
周期性 RVE 幾何建模：復(fù)合材料單胞自動(dòng)化生成插件
復(fù)合材料多尺度力學(xué)仿真中，代表性體積單元（RVE）的幾何建模與網(wǎng)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(xù)網(wǎng)格匹配。當(dāng)纖維端面與基體表面未能完全共面時(shí)，往往產(chǎn)生微小幾何階躍，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)投影誤差。這些問題在手動(dòng)腳本處理時(shí)出錯(cuò)的概率較高。
針對(duì)上述情況，基于Abaqus環(huán)境開發(fā)了Periodic RVE Generator插件，對(duì)纖維生成、布爾切削及空間排布算法進(jìn)行了重新編寫，以提升建模穩(wěn)定性與操作效率。以下就工具的主要算法邏輯和使用方式作簡(jiǎn)要說明。
圖 1. 插件GUI界面（可輸入基體尺寸，纖維直徑，長度，纖維體積分?jǐn)?shù)，短纖維/連續(xù)纖維，設(shè)置纖維方向）
一、纖維拓?fù)湫螒B(tài)的定義
為適應(yīng)不同分析層次的需求，插件將纖維的幾何拓?fù)渑c空間取向解耦。通過Fibre Form選項(xiàng)可切換短纖維與連續(xù)纖維兩種模式。
當(dāng)選用連續(xù)纖維時(shí)，程序調(diào)用超限切削邏輯：先在計(jì)算基體尺寸后，使纖維初始生成時(shí)超出邊界，隨后通過全局布爾運(yùn)算切除外部多余幾何體。這一處理方式使得所有纖維端面與基體表面具備一致的平齊度，避免了切割面階差對(duì)周期性網(wǎng)格對(duì)齊造成的影響。
圖 2. 連續(xù)纖維（左圖）和短纖維（右圖）周期性單胞
二、纖維空間分布算法
插件內(nèi)置了兩種空間拓?fù)浞植挤绞剑?正交約束排布：控制纖維沿指定的X、Y或Z方向?qū)R，適用于單向板類RVE的構(gòu)建；
三維隨機(jī)分布（Random 3D）：采用球面投影與隨機(jī)變量正弦變換生成取向向量，保證空間方向無統(tǒng)計(jì)偏置。通過干涉檢測(cè)算法，在較高體積分?jǐn)?shù)條件下仍能保持一定的生成成功率。
圖 3.
展開 RVE，傳熱分析
有RVE建模或傳熱分析經(jīng)驗(yàn)或?qū)W習(xí)資源的朋友請(qǐng)聯(lián)系，可有償，謝謝
跪求Digimat軟件和資料，或者ABAQUS的Micromechanics plug-in插件
小白急需RVE建模資源，求求各位前輩不吝分享，謝謝
郵箱1743693088@qq.com
復(fù)材織枸ABAQUS建模
本人研究的是SiC增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料（微觀~宏觀），目前已經(jīng)進(jìn)行過二維平面RVE建模，接下來進(jìn)行多尺度復(fù)材織枸，應(yīng)該怎么進(jìn)行呢
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
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 案例 | 利用Digimat快速評(píng)估聚合物炸藥的材料性能
以材料微觀結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的熱力學(xué)數(shù)值預(yù)測(cè)模型，用代表體積元法（Representative Volume Element，RVE）可有效解決這個(gè)問題。采用Digimat-FE模塊中的RVE建模方法，建立了填充相、基體相和氣孔相三相有限元計(jì)算模型。
Digimat-FE 示意圖
具體操作流程
首先對(duì)材料特性進(jìn)行設(shè)定，包括Binder和TATB材料特性以及TATB作為夾雜項(xiàng)的設(shè)定，和氣泡作為夾雜相的設(shè)定。在Digimat-FE中可以直接在geometry當(dāng)中生成幾何模型PBX代表體單元模型，其中TATB體積分?jǐn)?shù)設(shè)定為70%，孔隙度設(shè)定為5%，紅色為TATB，灰色為空穴，基材為粘結(jié)劑，可以從生成的下表中看出實(shí)際生成的TATB體積分?jǐn)?shù)為0.692509，空穴的體積分?jǐn)?shù)為0.0500096，與設(shè)定誤差非常小。
材料組成及RVE微結(jié)構(gòu)設(shè)置生成
RVE單元各相體積分?jǐn)?shù)比
然后利用內(nèi)置前處理劃分網(wǎng)格。20秒鐘后，系統(tǒng)自動(dòng)幾何網(wǎng)格，并劃分合適的網(wǎng)格。
接下來需要?jiǎng)澐衷O(shè)定載荷，F(xiàn)E當(dāng)中支持內(nèi)部設(shè)定載荷，可以設(shè)定軸向，雙軸，剪切等載荷類型。這里我們?cè)O(shè)置沿x軸拉伸。加載類型為應(yīng)變加載，峰值為0.3。
然后就可以得到分析的結(jié)果，例如應(yīng)力分布，位移分布云圖等必要信息：
如果需要計(jì)算它的工程常數(shù)，亦無需通過結(jié)果進(jìn)行手算推導(dǎo)，在Digimat-FE下我們可以在載荷加載時(shí)做如下設(shè)定，選擇automatic properties evaluation，這里我們還可以快速計(jì)算計(jì)算E1，nu12，nu23，然后提交計(jì)算，我們可以獲得以下工程常數(shù)。
從建模到工程常數(shù)的提取，僅僅只需要10分鐘不到的時(shí)間就可以完成。
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以材料微觀結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的熱力學(xué)數(shù)值預(yù)測(cè)模型，用代表體積元法（Representative
Volume
Element，RVE）可有效解決這個(gè)問題。采用Digimat-FE模塊中的RVE建模方法，建立了填充相、基體相和氣孔相三相有限元計(jì)算模型。
Digimat-FE 示意圖
具體操作流程
首先對(duì)材料特性進(jìn)行設(shè)定，包括Binder和TATB材料特性以及TATB作為夾雜項(xiàng)的設(shè)定，和氣泡作為夾雜相的設(shè)定。在Digimat-FE中可以直接在geometry當(dāng)中生成幾何模型PBX代表體單元模型，其中TATB體積分?jǐn)?shù)設(shè)定為70%，孔隙度設(shè)定為5%，紅色為TATB，灰色為空穴，基材為粘結(jié)劑，可以從生成的下表中看出實(shí)際生成的TATB體積分?jǐn)?shù)為0.692509，空穴的體積分?jǐn)?shù)為0.0500096，與設(shè)定誤差非常小。
材料組成及RVE微結(jié)構(gòu)設(shè)置生成
RVE單元各相體積分?jǐn)?shù)比
然后利用內(nèi)置前處理劃分網(wǎng)格。20秒鐘后，系統(tǒng)自動(dòng)幾何網(wǎng)格，并劃分合適的網(wǎng)格。
接下來需要?jiǎng)澐衷O(shè)定載荷，F(xiàn)E當(dāng)中支持內(nèi)部設(shè)定載荷，可以設(shè)定軸向，雙軸，剪切等載荷類型。這里我們?cè)O(shè)置沿x軸拉伸。加載類型為應(yīng)變加載，峰值為0.3。
然后就可以得到分析的結(jié)果，例如應(yīng)力分布，位移分布云圖等必要信息：
如果需要計(jì)算它的工程常數(shù)，亦無需通過結(jié)果進(jìn)行手算推導(dǎo)，在Digimat-FE下我們可以在載荷加載時(shí)做如下設(shè)定，選擇automatic
properties evaluation，這里我們還可以快速計(jì)算計(jì)算E1，nu12，nu23，然后提交計(jì)算，我們可以獲得以下工程常數(shù)。
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Digimat-FE 示意圖
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首先對(duì)材料特性進(jìn)行設(shè)定，包括Binder和TATB材料特性以及TATB作為夾雜項(xiàng)的設(shè)定，和氣泡作為夾雜相的設(shè)定。在Digimat-FE中可以直接在geometry當(dāng)中生成幾何模型PBX代表體單元模型，其中TATB體積分?jǐn)?shù)設(shè)定為70%，孔隙度設(shè)定為5%，紅色為TATB，灰色為空穴，基材為粘結(jié)劑，可以從生成的下表中看出實(shí)際生成的TATB體積分?jǐn)?shù)為0.692509，空穴的體積分?jǐn)?shù)為0.0500096，與設(shè)定誤差非常小。
材料組成及RVE微結(jié)構(gòu)設(shè)置生成
RVE單元各相體積分?jǐn)?shù)比
然后利用內(nèi)置前處理劃分網(wǎng)格。20秒鐘后，系統(tǒng)自動(dòng)幾何網(wǎng)格，并劃分合適的網(wǎng)格。
接下來需要?jiǎng)澐衷O(shè)定載荷，F(xiàn)E當(dāng)中支持內(nèi)部設(shè)定載荷，可以設(shè)定軸向，雙軸，剪切等載荷類型。這里我們?cè)O(shè)置沿x軸拉伸。加載類型為應(yīng)變加載，峰值為0.3。
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展開 技術(shù)鄰學(xué)院丨MSC Nastran基礎(chǔ)培訓(xùn)/精品講解/實(shí)際分析 三大福利齊聚！
以材料微觀結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的熱力學(xué)數(shù)值預(yù)測(cè)模型，用代表體積元法（Representative Volume Element，RVE）可有效解決這個(gè)問題。采用Digimat-FE模塊中的RVE建模方法，建立了填充相、基體相和氣孔相三相有限元計(jì)算模型。
高度多孔陶瓷的損傷特性| 案例
基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)未知材料性能進(jìn)行逆向工程
Digimat-MF中針對(duì)不同多孔陶瓷的虛擬組合
通過Digimat-FE對(duì)多孔陶瓷的深入微觀研究
對(duì)多孔陶瓷微觀及宏觀脆性損傷的數(shù)值研究
【文檔下載】
此外，也為大家準(zhǔn)備了一些文檔以供大家學(xué)習(xí)，深淺不一，大家可以根據(jù)自己目前學(xué)習(xí)的階段按需索取。
① MSC Nastran在汽車電子產(chǎn)品支架分析中的應(yīng)用.pdf
② MSC Nastran在某排半皮卡車后圍鈑共振問題中的應(yīng)用.pdf
③ 基于MSC Nastran及整車模型的動(dòng)力總成懸置解耦分析和優(yōu)化方法.pdf
④ 基于MSC Nastran的發(fā)動(dòng)機(jī)蓋支撐桿屈曲分析.pdf
⑤ 基于MSC Actran某車型后視鏡風(fēng)噪聲計(jì)算.pdf
⑥ MSC Nastran與傳動(dòng)CAE分析相結(jié)合的商用車橋主減總成輕量化設(shè)計(jì).pdf
以上，是小編為諸位整理匯編的MSC Nastran學(xué)習(xí)資料，除此之外，技術(shù)類學(xué)院每日依然會(huì)上新更多的視頻、案例以及文檔，供大家學(xué)習(xí)討論！
如果在學(xué)習(xí)或?qū)嵅俚倪^程中有什么疑問，或者遇到無法攻克的難點(diǎn)，歡迎來技術(shù)鄰問答頻道提問，眾多專家第一時(shí)間為你解答：技術(shù)鄰問答
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展開 晶體塑性每日文章推薦（十三）
在四種模型精度最差
第三步，作者探討了板厚度與柱狀晶模型晶粒尺寸比值的影響，其模擬顯示t/d愈大宏觀力學(xué)響應(yīng)與接近于真實(shí)的拉伸數(shù)據(jù)，當(dāng)t/d小于0.84時(shí)，模擬結(jié)果與其他兩類三維模型差異逐漸明顯，接近于2d-ebsd模型，并比較了后三類三維模型，柱狀晶，3D-RVE, 3D-EBSD同一位置厚度方向上X方向的應(yīng)力差異，顯示柱狀晶與真實(shí)的三維模型差異明顯，而隨機(jī)擠壓模型則更接近真實(shí)模型。因此作者更推薦考慮材料厚度方向力學(xué)行為時(shí)，根據(jù)二維ebsd結(jié)果，進(jìn)行厚度方向的隨機(jī)擠壓形成的RVE的建模方式，這既可以保證計(jì)算精度，又可以避免高昂的實(shí)驗(yàn)費(fèi)用
展開 LS-DYNA人工智能多尺度計(jì)算技術(shù)及其在注塑成型復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用
在每個(gè)位置上，復(fù)合材料的機(jī)械屬性是非線性且各向異性的，因此使用傳統(tǒng)的數(shù)值模型為短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料部件建模極具挑戰(zhàn)性，這是由于傳統(tǒng)方法對(duì)于復(fù)合材料非線性分析的成本過高或不夠準(zhǔn)確。
此外，對(duì)于短纖維復(fù)合材料這類非線性且各向異性的材料，材料參數(shù)的校準(zhǔn)也始終是難題，針對(duì)具有某種特定纖維取向或纖維體積分?jǐn)?shù)的復(fù)合材料所校準(zhǔn)的材料常數(shù)，可能不適用于具有不同纖維取向或不同體積分?jǐn)?shù)的復(fù)合材料。另一方面，多尺度模型能在較小尺度的物理規(guī)律和較大尺度的材料行為間建立關(guān)聯(lián)，以捕獲材料微觀結(jié)構(gòu)對(duì)宏觀大尺度復(fù)合材料部件的影響，因此多尺度方法針對(duì)復(fù)合材料建模具有極大優(yōu)勢(shì)。
在多尺度材料設(shè)計(jì)和分析方面，LS-DYNA軟件提供了RVE建模功能，其思路是數(shù)值化地重構(gòu)材料樣本，這些數(shù)值化的材料樣本模型可以非常準(zhǔn)確地代表真實(shí)材料的微觀幾何結(jié)構(gòu)，我們將其稱為代表性體積單元，簡(jiǎn)稱RVE。以纖維增強(qiáng)復(fù)合材料為例，如果我們知道纖維取向和體積分?jǐn)?shù)的具體數(shù)值，并且可以分別測(cè)量出纖維和基體的材料屬性，那么就能為這種短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，構(gòu)建對(duì)應(yīng)的RVE數(shù)值模型，然后對(duì)該RVE模型開展有限元計(jì)算，以預(yù)測(cè)均質(zhì)化的復(fù)合材料宏觀屬性。上圖展示了用于RVE分析的LS-DYNA關(guān)鍵字，RVE分析功能對(duì)復(fù)合材料，在材料層面上的虛擬設(shè)計(jì)和測(cè)試非常有用。
現(xiàn)在如果考慮更高層面，不僅是在材料樣本層面而是著眼于大尺度的復(fù)合材料部件，若要對(duì)復(fù)合材料部件開展非常準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)分析，那么可以考慮使用高精度的多尺度結(jié)構(gòu)分析方法。多尺度結(jié)構(gòu)分析方法的基本思路是，首先用有限元離散化全局的復(fù)合材料部件，然后將每個(gè)有限元分別耦合到與其局部材料微觀結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的RVE模型，同時(shí)對(duì)這些RVE模型也用有限元方法進(jìn)行離散化。因而在動(dòng)態(tài)仿真中的每一個(gè)時(shí)間步，都可以根據(jù)纖維和基體的屬性對(duì)RVE模型開展局部有限元分析。
展開 
LS-DYNA人工智能多尺度計(jì)算技術(shù)及其在注塑成型復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用
在每個(gè)位置上，復(fù)合材料的機(jī)械屬性是非線性且各向異性的，因此使用傳統(tǒng)的數(shù)值模型為短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料部件建模極具挑戰(zhàn)性，這是由于傳統(tǒng)方法對(duì)于復(fù)合材料非線性分析的成本過高或不夠準(zhǔn)確。
此外，對(duì)于短纖維復(fù)合材料這類非線性且各向異性的材料，材料參數(shù)的校準(zhǔn)也始終是難題，針對(duì)具有某種特定纖維取向或纖維體積分?jǐn)?shù)的復(fù)合材料所校準(zhǔn)的材料常數(shù)，可能不適用于具有不同纖維取向或不同體積分?jǐn)?shù)的復(fù)合材料。另一方面，多尺度模型能在較小尺度的物理規(guī)律和較大尺度的材料行為間建立關(guān)聯(lián)，以捕獲材料微觀結(jié)構(gòu)對(duì)宏觀大尺度復(fù)合材料部件的影響，因此多尺度方法針對(duì)復(fù)合材料建模具有極大優(yōu)勢(shì)。
在多尺度材料設(shè)計(jì)和分析方面，LS-DYNA軟件提供了RVE建模功能，其思路是數(shù)值化地重構(gòu)材料樣本，這些數(shù)值化的材料樣本模型可以非常準(zhǔn)確地代表真實(shí)材料的微觀幾何結(jié)構(gòu)，我們將其稱為代表性體積單元，簡(jiǎn)稱RVE。以纖維增強(qiáng)復(fù)合材料為例，如果我們知道纖維取向和體積分?jǐn)?shù)的具體數(shù)值，并且可以分別測(cè)量出纖維和基體的材料屬性，那么就能為這種短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，構(gòu)建對(duì)應(yīng)的RVE數(shù)值模型，然后對(duì)該RVE模型開展有限元計(jì)算，以預(yù)測(cè)均質(zhì)化的復(fù)合材料宏觀屬性。上圖展示了用于RVE分析的LS-DYNA關(guān)鍵字，RVE分析功能對(duì)復(fù)合材料，在材料層面上的虛擬設(shè)計(jì)和測(cè)試非常有用。
現(xiàn)在如果考慮更高層面，不僅是在材料樣本層面而是著眼于大尺度的復(fù)合材料部件，若要對(duì)復(fù)合材料部件開展非常準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)分析，那么可以考慮使用高精度的多尺度結(jié)構(gòu)分析方法。多尺度結(jié)構(gòu)分析方法的基本思路是，首先用有限元離散化全局的復(fù)合材料部件，然后將每個(gè)有限元分別耦合到與其局部材料微觀結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的RVE模型，同時(shí)對(duì)這些RVE模型也用有限元方法進(jìn)行離散化。因而在動(dòng)態(tài)仿真中的每一個(gè)時(shí)間步，都可以根據(jù)纖維和基體的屬性對(duì)RVE模型開展局部有限元分析。
展開 有限變形晶體塑性快速傅里葉變化CPFFT實(shí)現(xiàn)
初始RVE模型使用neper建模，建立一個(gè)包含100個(gè)晶粒的多晶模型：
matlab導(dǎo)入幾何模型網(wǎng)格：
并沿著X方向進(jìn)行1.0%的拉伸變形，所有量綱使用m-s-pa。
拉伸變形結(jié)束后的累計(jì)剪切滑移結(jié)果：
拉伸變形結(jié)束后的統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)存位錯(cuò)密度分布結(jié)果：
拉伸變形結(jié)束后的幾何必須位錯(cuò)密度分布結(jié)果：
