纖維尺度建模的案例
任意鋪層角度UD層合板纖維尺度建模插件（纖維隨機分布) ￥99
插件介紹：
這是一個任意鋪層角度的ud層合板纖維尺度建模插件，可以層合板的尺寸大小、纖維半徑，以及每一層的樹脂含量。纖維采用隨機分布，纖維與樹脂分為兩個部件。
操作說明：
首先打開abaqus CAE，在Plug-ins目錄下找到任意鋪層角度的ud層合板纖維尺度建模插件，如圖所示：
點擊它，打開插件界面，如圖所示：
這里首先要完成模型的設定。自上而下分別為目標模型，樹脂部件名稱，纖維部件名稱，以及如圖所標的參數，并需要指定纖維半徑與每一層的鋪層角度（角度的值為0~180）、厚度、樹脂含量，拖動滑塊，設定纖維投放失敗最大嘗試次數，該值適用于所有層。
此外，層數不限，自下而上鋪層，就是說第一層在最低層。預設5層，如果少于5層，需要把多余的行刪去。
數值盡量采用小數，例如5.0，RC的值為0~1之間。
此插件所生成的是可變形的實體模型，設定好之后就可以點擊ok或apply進行生成。
插件說明
此插件所生成的是實體模型。
使用做了視頻，可以在視頻中查看效果。視頻鏈接：
任意鋪層角度UD層合板纖維尺度建模插件（纖維隨機分布)使用視頻教程_培訓課程-技術鄰
為了安裝方便，這里新增了安裝包，雙擊運行，路徑采用默認就行。并為防止特殊情況，這里也提供了壓縮包，可以通過傳統安裝方式進行解壓安裝。新版界面如下：
注意，路徑盡量默認，也可以自定義安裝，如果自定義安裝請安裝到與傳統安裝一致的地方。
今后插件的發行格式均采用壓縮包與安裝包并行的形式。
承諾：
1.凡是購買插件的用戶，使用過程中若是遇到Bug，本人將承諾對發現的bug進行修復。
展開 ABAQUS多尺度纖維增強混凝土二維建模
本案例是通過ABAQUS對論文Study on the tensile and compressive mechanical properties of multi-scale fiber-reinforced concrete: Laboratory test and mesoscopic numerical simulation（https://doi.org/10.1016/j.jobe.2024.108852）中纖維增強混凝土幾何模型的復現。
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、纖維與砂漿的界面過渡區在內的多相材料，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內通過參數化建模建立骨料、纖維、孔隙及界面過渡區幾何圖形，各組分在CAD內已分圖層，需要分別另存為dxf文件后再導入到ABAQUS。（注意本案例中纖維部件不包含界面過渡區）
在ABAQUS中將保存的圖形文件以草圖的形式分別導入。
利用草圖分別建立不同組分的模型部件。
將各部件賦值對應的材料，并進行裝配。
可對模型劃分網格，如論文中的三角形網格。
也可劃分四邊形網格。
展開 ANSYS纖維混凝土 三維隨機纖維 鋼纖維 纖維復合材料建模
在ANSYS內構建隨機分布的纖維除了采用命令流的方式外，還可以采用AutoCAD模型導入的方法，在這里對CAD生成隨機纖維及導入ANSYS進行詳細介紹。
首先采用CAD隨機三維纖維插件進行纖維及基體材料的幾何模型構建，插件可指定數目、直徑、長度、角度的三維分布的圓柱體纖維，插件嚴格控制纖維之間不發生干涉，同時插件會在CAD內生成與圓柱體纖維相適配的帶有空洞的長方體基體。
設置好參數運行CAD隨機三維纖維插件，生成所需要的三維纖維幾何模型，模型建立完成后，需要另存為.sat文件，以備ANSYS導入。
打開ANSYS Workbench，新建一個分析，在Geometry上右鍵，選擇導入剛才保存的.sat纖維模型文件：
模型是包括圓柱體纖維、帶孔的長方體基體兩部分。纖維及長方體基體均為實體。
生成后就可以進行網格劃分、模擬分析等操作了。
建模所用到的插件：
CAD_隨機三維纖維插件
展開 中科大俞書宏NSR：受生物啟發的微納米尺度纖維增強復合材料
（a）巨骨舌魚；（b-d）鱗片微納結構，其中（c）中三種顏色虛線曲線代表纖維層螺旋排布的三個周期，（d）中黃色虛線曲線代表局部扭曲偏轉排布的纖維層；（e-f）仿生自下而上的組裝策略；（g）仿生制備的螺旋膠合板結構人工材料及微結構。
針對這個挑戰，近期，中國科學技術大學俞書宏教授領導的仿生研究團隊受天然巨骨舌魚鱗片盔甲的微納尺度螺旋膠合板結構的啟發（a-d），提出一種自下而上的基于刷涂和層壓相結合的高效組裝策略（e-f），利用生物相容性的微納米纖維和天然高分子作為構筑組分，首次成功制備出具有仿生螺旋膠合板結構的三維體型人工結構材料（g）。相關研究結果以“Biomimetic twisted plywood structural materials”為題在線發表于《國家科學評論》(Natl Sci Rev 2018; doi: 10.1093/nsr/nwy080)。
仿生螺旋膠合板結構材料在截面方向上的切片（標尺為四百微米）。大量切片可視化地揭示了仿生螺旋膠合板結構材料在更大的尺度下實現了微納米纖維的周期性螺旋排布仿生螺旋膠合板結構材料在裂紋尖端的切片（截面方向）。裂紋尖端的大量切片展示了復雜扭曲態的主裂紋以及位于裂尖前端的諸多微小裂紋。這些裂紋相關的特征被認為是結構材料中重要的增韌機理。
研究表明，該工作所構筑的人工材料在一定程度上復制了自然結構材料的多尺度構造和韌化機理，實現了力學性能遠超其基本構筑組分的預期結果，并能與天然骨密質等諸多自然材料以及其它多種人工結構材料相媲美。
展開 
Digimat：復合材料多尺度建模的創新力量
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% 。
Digimat 在某行業應用成果對比圖
Digimat 優勢眾多。它擁有深度的材料數據庫，包含 Solvay、Toray 等主流廠商的實測數據；多尺度銜接流暢，微觀到宏觀的過渡算法經過嚴格驗證；并且專門針對復合材料量產工藝開發，適配各種工業場景。
如果你正在從事復合材料相關工作，Digimat 絕對是你提升工作效率、優化設計的得力助手。它能幫助你在設計環節顯著減輕重量，提高產品性能，降低成本和縮短上市時間。
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（CFD）仿真，需要較大網格量才能保證網格質量，這就使得CFD仿真變得復雜和昂貴。為了節約計算成本且保證計算準確度，本案例提出了不同尺度區域分開建模再耦合的方法進行CFD仿真，分區如圖2所示。
圖1 換熱器尺寸變化
圖2 換熱器尺度分區
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
首先對通道外的區域構建流體仿真網格，通道內區域寬度方向用一層網格來模擬，得到整個通道的平均量。過渡區網格如下圖所示，模型共包含為3 000 000單元。
圖4 過渡區網格
對于通道內的流體，我們構建了一個元模型（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，使用多孔介質模型模擬單個通道內流體流動，多孔介質的參數如圖2所示，得到通道內流體溫度分布如圖5所示。同時得到了輸出參數Nu和Cf與輸入的關系。
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 江蘇科技大學《CS》：碳纖維復合材料鉆孔過程動態漸進破壞的跨尺度模擬
此外，碳纖維復合材料是一種具有宏-微觀特征的多相材料，而
這些理論沒有考慮到由纖維和基體不同力學性能引起的局部應力差異的特征
。在鉆孔有限元模型中，
需要特別考慮復合材料層合板在厚度方向上的應力和應變，這些在宏觀力學理論是缺乏的
。如果采用CERPs有限元模型的微尺度建模方法，就需要高性能的工作站以提供高的計算能力和效率。因此，
需要從本質上從微觀角度探討碳纖維復合材料的層合損傷機理和高效的建模方法。
為此，
江蘇科技大學
的
Yong Liu
（第一作者&通訊作者）在《
Composite Structures
》上發表了題為“
Scale-span modelling of dynamic progressive failure in drilling CFRPs using a tapered drill-reamer”的文章，作者考慮了動態條件下纖維和基體在不同力學性能所引起的局部應力差異，
提出了關于層間損失的一種基于修正微觀力學失效準則的動態三維跨尺度模型，并引入了新的損傷演化規律
，在Liao的研究基礎上對宏觀損傷變量進行了修正，利用ABAQUS
-Python獲得了宏觀應力與微觀應力之間的關系。
展開 COMSOL隨機纖維 纖維混凝土建模
先看一下網格劃分后最終的模型圖：
在COMSOL內建立纖維模型可采用CAD導入的方式，這里有可以直接使用的CAD纖維建模插件，可一鍵式生成所需要的纖維模型。
模型建立完成后，需要另存為.sat文件，以備COMSOL導入。
打開comsol，在幾何菜單下選擇導入，選擇.sat文件導入即可。
模型包括圓柱體纖維、帶孔的長方體基體兩部分。
當然采用插件也可以生成其他形式的COMSOL隨機幾何模型。如COMSOL模擬巖石的節理、短纖維混凝土等。
在本教程中所用到的插件下載：
CAD_隨機三維纖維插件
展開 將超透鏡建模集成到多尺度光學系統仿真中（Frank Wyrowski教授）
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。這正是我們在 VirtualLab Fusion 軟件中所采用的方法。
圖2：幻燈片#14
幻燈片 #13–15
在 VirtualLab Fusion 的眾多技術創新中，幾何光學在電磁場建模方面的進步使其能夠順利與其他物理光學仿真技術相結合。
展開 CAD纖維混凝土2D插件 纖維混凝土建模 ￥699
功能說明
插件可在AutoCAD軟件內生成二維纖維混凝土模型，模型可導入COMSOL、Abaqus、ANSYS等有限元軟件內，用于纖維混凝土的仿真模擬。
插件生成的纖維混凝土模型包括骨料、界面過渡區（ITZ）、纖維、孔隙、砂漿基體等部分，且每部分分圖層進行繪制，方便分別導入到其他軟件內。
說明提醒
插件需要注冊，注冊后可永久使用，版本更新不影響注冊狀態，注冊請聯系QQ：1135122921。
樣圖下載
纖維混凝土2D樣圖.rar
2025大賽優秀作品 | 精準量化仿真探索——大小尺度共存的 HFSS 建模挑戰與 EMIT 射頻靈敏度仿真應用
作品名稱：精準量化仿真探索——大小尺度共存的 HFSS 建模挑戰與 EMIT 射頻靈敏度仿真應用
作者： 林翰軒 | 中興通訊股份有限公司 射頻工程師
關鍵詞：低量級EMI，大小尺度共存，射頻靈敏度
作者說
利用Ansys工具能通過簡單的步驟進行復雜模型建模操作，并提供了一系列的統一設置、簡化方法、模型修補方案、快速計算方案，在電磁仿真中表現出很高的準確度，是十分適合電磁類設計的軟件。
大小尺度共存模型簡化后的網格剖分
信號向高速化發展，EMI問題愈發嚴重，制約CPE家端產品WIFI覆蓋性能。面對低量級EMI問題，亟需大小尺度模型共存的系統級仿真方案提供優化指導。本研究課題基于智能家端產品進行了小尺寸走線、大尺寸結構天線共存的低量級EMI挑戰性仿真研究，并重點分享了仿真關注的精準化、簡易化、快速化三個方向的研究進展，對于準確仿真結果進行了展示，并基于Ansys建立了相關仿真平臺，促進工具平臺思路的普及。
挑戰/需求
高速信號低量級EMI輻射的可視化分布
高速信號特性有四種特質：干擾成因復雜性、輻射路徑多樣性、低量級EMI輻射、特定走線依賴性。面對低量級EMI問題，亟需大小尺度模型共存的系統級仿真方案提供優化指導。
使用工具
Ansys HFSS與EMIT工具
最終成果
利用Ansys HFSS、EMIT工具完成了精準化、簡易化、快速化的建模，準確還原了接近產品本身所有電磁特性的大小尺度共存的電磁模型，并優化了仿真內存和時間，得到了與實測誤差很小的仿真結果。
仿真是解決此類問題的重要工具，為產品研發、優化節約了大量設計時間，在減少材料消耗，減少試驗次數，節省人力，降低風險方面有突出貢獻，并獲得了可觀的有形、無形收益。
參賽作品一覽
展開 UD單胞細觀建模插件（纖維隨機分布+周期性邊界—幾何上） ￥50
插件介紹：
這是一個具有周期性的ud單胞細觀建模插件，可以指定單胞的尺寸大小、纖維半徑，以及樹脂含量。纖維采用隨機分布，纖維與樹脂分為兩個部件。
操作說明：
首先打開abaqus CAE，在Plug-ins目錄下找到UD單胞細觀建模插件，如圖所示：
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點擊它，打開插件界面，如圖所示：
這里首先要完成模型的設定。自上而下分別為目標模型，樹脂部件名稱，纖維部件名稱，以及如圖所標的參數，并需要指定纖維半徑與樹脂含量，拖動滑塊，設定纖維投放失敗最大嘗試次數。
數值盡量采用小數，例如5.0，RC的值為0~1之間。
此插件所生成的是可變形的實體模型，設定好之后就可以點擊ok或apply進行生成。
插件說明
此插件所生成的是實體模型。
使用做了視頻，可以在視頻中查看效果。視頻鏈接：
UD單胞細觀建模插件使用視頻教程_培訓課程_abaqus建立rve ABAQUS仿真rve-技術鄰
為了安裝方便，這里新增了安裝包，雙擊運行，路徑采用默認就行。并為防止特殊情況，這里也提供了壓縮包，可以通過傳統安裝方式進行解壓安裝。新版界面如下：
注意，路徑盡量默認，也可以自定義安裝，如果自定義安裝請安裝到與傳統安裝一致的地方。
今后插件的發行格式均采用壓縮包與安裝包并行的形式。
承諾：
1.凡是購買插件的用戶，使用過程中若是遇到Bug，本人將承諾對發現的bug進行修復。
2.使用時有什么問題，也可以進行咨詢，私信或評論區發言都行，看到有時間會進行回復。
3.還沒想好，以后再說。
展開 Abaqus纖維復合材料蜂窩板落錘沖擊仿真模型
內插0厚度cohesive單元以模擬分層
模擬過程采用puck子程序，有錄制整個建模操作視頻，可贈送復合材料層合板快速建模插件及蜂窩建模插件!
cae ￥20
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Abaqus纖維復合材料蜂窩板落錘沖擊仿真模型!
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內插0厚度cohesive單元以模擬分層
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模擬過程采用puck子程序，有錄制整個建模操作視頻，可贈送復合材料層合板快速建模插件及蜂窩建模插件!
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cae,inp文件及ODB文件，操作視頻(注意：并未含puck子程序，僅作學習參考)
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展開 matlab+abaqus隨機纖維分布建模
可控制纖維長度，個數隨機，
投放
