隨機介質建模的案例
COMSOL微觀多孔介質二維滲流模擬基于四參數隨機生長建模
微觀多孔介質流體
微觀多孔介質廣泛存在于巖石、土層等流體介質之中，這使得流體穿過存在復雜性，滲流的微觀結構決定其宏觀現象，在研究中可采用表征單元體（representative elementary volume，簡稱REV）方法，這就涉及到微觀介質的模型重構。
這里采用AbyssFish四參數隨機生長2D軟件進行微觀多孔介質的構建，V1.1版本軟件通過優化改進的算法，可指定四參數隨機增長的分布概率、生長概率、孔隙率、以及孔隙尺寸特征等參數，并可進行同一參數不同孔隙率的動態輸出，方便對比研究。
這里生成尺寸為寬度為2.0，高度為0.5的多孔介質模型，并將其導入到COMSOL內，多孔介質的孔隙率為70%(白色)。COMSOL模型構建方法可以參考：COMSOL建立孔隙尺度多孔介質結構模型教程
多孔介質中的孔隙為單聯通域，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通，需要將非聯通的的幾何進行手動刪除處理。
物理場采用流體流動中的層流，左側為流體入口，右側為出口，以下為流速及壓力計算結果。
模型樣圖
建模采用的AbyssFish四參數隨機生長2D軟件可在下面鏈接下載：
https://www.yqgqt.org.cn/post/1899410
展開 COMSOL三維隨機裂紋 裂縫模型 隨機裂隙 隨機纖維建模
在COMSOL中可采用CAD模型導入的方式實現隨機裂紋或是纖維材料的建模。首先需要在CAD內生成所需的三維纖維模型，這里用到了CAD_隨機纖維3D插件。模型建立如下圖所示。注意這里的纖維采用的是線，而非實體。
將長方體基體導出為.sat文件，同時將刪除基體后的線狀纖維另存為.dwg文件。
打開COMSOL軟件，在幾何菜單下選擇導入三維CAD文件，選擇剛剛保存的.dwg文件，并將要導入的對象更改為曲線和點，可選擇合并曲線對象。構建對象，這樣三維的線就導入到COMSOL軟件內了。
下一步我們將長方體的基體材料也導入到COMSOL內，其實這一步也可以在COMSOL中直接建模完成。還是選擇導入，選擇剛剛保存的.sat文件，在這里要導入的對象需要選擇實體。
到這一步纖維跟基體就全部導入到COMSOL內了。
如果想再COMSOL內模擬線性的裂縫，需要將基體進行分割操作，選擇布爾操作和分割-差集。要添加的對象選擇基體，要減去的對象選擇纖維。
構建對象后，基體材料就被纖維分割完成，形成了基體內的線狀裂縫。
后面進行網格剖分分析等，可根據自己的要求進行。
最后看一下GIF效果圖：
在建模過程中所采用的AutoCAD插件可以在這里下載得到：
CAD_隨機纖維3D插件
如需2D版本可通過下面鏈接下載：
CAD隨機纖維2D插件
展開 三維隨機多面體骨料（隨機多邊形）建模
可見隨著多面體的階數增加，根據小編提供的建模方法建模得到的隨機多面體骨料模型趨于球體。
ANSYS混凝土三維隨機骨料 混凝土細觀 隨機球體 顆粒增強復合材料建模
現階段在ANSYS內進行隨機混凝土模型構建的主流方法是通過APDL命令流等形式，這要求研究者應具有一定的程序設計能力。
為了方便快捷的構建出混凝土細觀幾何模型，這里提出另一種建模方案，通過AutoCAD模型導入的方式，實現無編程構建混凝土隨機骨料。
模型構建
1、CAD模型生成
首先采用CAD隨機球體顆粒插件在AutoCAD內構建三維球體幾何模型：
插件可指定生成隨機分布的不相交的球體顆粒，同時生成與球體顆粒裝配的帶有孔洞的長方體基體。同時對顆粒的粒徑大小、比例等都能進行控制。
將生成的三維球體幾何模型導出為.sat格式文件備用。
2、ANSYS Workbench 導入
打開ANSYS Workbench，在幾何內進行導入預先保存的.sat文件：
后續進行網格劃分等操作，在ANSYS Workbench內進行即可：
插件下載
建模用到的CAD插件下載：
CAD隨機球體顆粒插件
展開 
ABAQUS隨機骨料建模插件 ￥400
參數界面</strong></p><p>參數界面用于設置骨料形狀參數和隨機填充算法的控制參數，如圖3所示。當默認設置無法滿足建模需求時，可以嘗試調整。</p><p>（1）橢球（繞X軸的旋轉橢球）</p><p>Axis Ratio：橢球旋轉半徑和橢球旋轉軸一半的比值。通過調整Axis Ratio的最小值和最大值來控制橢球的形狀。</p><p>（2）多面體</p><p>單個多面體的生成過程：在單位球中隨機構造一個隨機的四面體，然后在此四面體的基礎上，依次添加新的隨機點和原來的四面體構成一個新的多面體，直至多面體的體積到達預定值，或沒法再添加新點為止。采用體積率（Vol Ratio）控制多面體的形態（扁平—圓潤）。體積率定義為多面體體積與其最小包圍球體積的比值。可參考表1中單位球內接正多面體的數據進行設置。為了避免多面體產生短邊，插件限定了多面體頂點間的最小距離（Min Point Dist）。注意，Min Point Dist是單位球中生成多面體的限定參數。為了避免多面體過于尖銳，限定了多面體表面三角形所含的最小角度（默認15度）。</p><p>本插件通過提前批量生成單位多面體，構造多面體的庫，高效地控制多面體的級配。用戶可以指定預生成的多面體的數量（Number of Polyhedrons）。當多面體庫（Polyhedron Library）構造完成后，依據主界面的級配和多面體的最小邊長（Min Edge of Polyhedron）從多面體庫隨機選取多面體縮放至所需粒徑的多面體。Min Edge of Polyhedron參數限定了（縮放后）多面體的最小邊長，可作為網格劃分尺寸的一個參考（另一個是骨料間的最小間距）。
展開 【技術應用】具有壓力相關多孔介質系數的彈簧安全閥建模示例
摘要
在CFD分析中如何對閥的開閉過程進行建模？本文基于Simcenter STAR-CCM+軟件介紹一種使用多孔介質模型對彈簧安全閥進行建模的方法。該介質的阻力系數隨閥門上游壓力的變化而變化，以模擬彈簧安全閥的可變開度。
內容
泄壓閥是一種非常常見
的裝置，存在于各種流體系統中，其目的是通過允許部分流體排放到外部環境中來防止此類系統的過度增壓。
一些泄壓閥是專為一次性使用而設計的，即當達到臨界壓力時，其中一個部件（即爆破片）會破裂，從而導致流體泄漏，如果發生這種情況，則需要更換。
大多數情況下，它們是彈簧加載閥，以可控的方式將流體排出系統：閥噴嘴在克服彈簧壓力的預定壓力下開始打開，并隨著系統壓力的增加而逐漸打開，反之亦然。
在Simcenter STAR-CCM+中，可以使用DFBI模型對代表閥門的質量彈簧阻尼器系統進行建模，但由于這涉及網格運動，計算量會變得比較大（時間步長和網格運動穩定性考慮），特別是當模擬不主要關注閥門開閉的過程而是關注閥門打開后流體的擴散時，運用動網格技術來實際模擬閥門的運動就不太容易工程化。
在這篇文章中，提出了一種更簡單的方法，使用多孔介質模型來近似閥門的行為。其想法是將閥門建模為伯努利方程中的局部壓降，并具有相關的損失系數（Kloss）。
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：
編輯
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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隨機球體三維建模插件 ￥98
插件介紹
AbyssFish_RandomSphere3D V2.0 插件可在Abaqus內參數化生成隨機分布的球體部件及與之適配的多孔長方體部件。插件可用于構建球體骨料混凝土細觀、隨機彈丸、泡沫混凝土、多孔結構模型等，可設置模型的尺寸、球體的粒徑分布、球體比例等參數。
模型說明
插件采用部件（Part）裝配方式，分別建立隨機分布的球體及帶有孔洞的長方體部件，并進行模型裝配。
插件建立的模型中每個球體為一個獨立的部件，且插件已對所有球體進行空材料的指派，用戶可批量更改球體的截面屬性。
模型中所有球體可以批量進行網格劃分，方便用戶使用。
注意，插件僅完成了幾何部件的裝配操作，并未指定材料屬性、分析步、相互作用、載荷、網格等，此部分內容需要用戶根據模擬內容自行設置。
參數說明
Length、Width、Height：設置模型的長寬高尺寸，分別對應坐標軸x， y，z方向。單位全局統一即可。
Radius_Max、Radius _Mid、Radius _Min：大中小三種粒徑球體的半徑分布區間。粒徑區間設置可連續也可不連續，可指定所有粒徑大小一致。
Ratio：當前組球體占所有球體的比例，比例為體積比。
Volume ratio：所有球體的體積占長方形體積的比例。
Gap_min：球體之間可能存在的最小間距，本參數設置是為了防止球體之間距離過小造成模型中存在小邊，而影響到后期的網格劃分，此參數設置建議大于外側長方體的最小單元尺寸。
Timeout：最大投放次數，模型采用隨機投放算法，達到設定的投放嘗試次數后停止。
展開 PreSys在爆炸與多介質流固耦合中的建模方法：從ALE到SPH的工程實踐
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
PreSys
的工程實踐，這類問題可以通過 ALE + SPH + Lagrange 多方法協同實現穩定求解。
ANSYS多孔材料孔隙介質建模教程 基于蒙特卡洛算法Voronoi圖生成
首先通過CAD Voronoi插件建立孔隙的幾何模型，該插件是基于蒙特卡洛隨機生成算法，進行隨機布置控制點，同時具有控制區塊尺寸的功能。在CAD中生成相應圖形的面域，并將生成的孔隙導出為.sat文件備用。
打開ANSYS Workbench，導入事先生成的.sat文件，并進行添加矩形，刪掉導入的卵石形實現二維多孔模型的構建：
進行網格劃分等操作：
Abaqus的Python批量隨機幾何建模入門
在科研和工程實際問題中，經常會涉及到隨機幾何元素，例如：混凝土骨料、隨機纖維復合材料、多孔介質材料的傳熱和滲流問題、生物材料的細觀特征等等。這些材料中包含大量隨機尺寸、隨機位置分布的幾何特征，在有限元建模中可以使用自編二次開發程序的方法來實現復雜的幾何模型構造。
Abaqus支持使用Python語言進行二次開發建模，用戶可以利用Python代碼達成特殊的建模要求。在批量隨機幾何建模問題中，有兩個關鍵詞：一是批量、二是隨機。
1、批量建模
批量建模主要用到的技巧是循環。在此我們介紹兩種常用的Python語言循環控制代碼格式。
首先是while循環，也就是“當循環”。我們直接看一個例子：
i=1
while i < 6:
print i
i=i+1
我們觀察以上代碼，它的意思是：當i小于6的時候，執行print i的命令，直到while后面的條件不成立（即i大于等于6）為止。在循環前，我們給i幅值為1，每一次循環又讓i在原來基礎上加一，這樣就實現了循環打印五個數字的效果。這里的i一般用于循環計數，自加的操作可以讓它記錄循環次數。
注意：while下面的執行語句要空四個格！
第二種方式是for循環，也就是“歷遍循環”。還是直接看例子：
a=[1,2,3,4,5]
for i in a:
print i
這段代碼首先定義了一個列表a，它包含五個元素，分別是1、2、3、4、5這五個整型變量。for i in a:的意思是讓虛擬元素i在a中逐個變化，也就是第一次循環時，i=1，第二次循環時，i=2，依次把五個元素歷遍后循環終止。
展開 
ANSYS Workbench隨機地層裂隙三維建模
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隨機裂隙模型的建立采用CAD隨機粗糙度表面插件，在插件內設置模型的參數信息后，運行插件即可在AutoCAD內建立三維隨機起伏的地層模型。
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<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202409/attachment/598a38d81649401d9f8ee498fe9ab43a.png" style="text-align: center">
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展開 UD單層層合板細觀建模插件（纖維隨機分布） ￥15
<h1 class="ql-align-justify"><em>插件介紹：</em></h1><p class="ql-align-justify">這是一個UD單層層合板細觀建模插件，可以指定層合板的尺寸大小、纖維半徑，以及樹脂含量。纖維采用隨機分布。纖維與樹脂分開建模。</p><h2 class="ql-align-justify">操作說明：</h2><p class="ql-align-justify"> 首先打開abaqus CAE，在Plug-ins目錄下找到我們的UD單層層合板細觀建模插件，如圖所示：</p><div contenteditable="false" width="100%">
<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202409/attachment/6fe7e6f66af242a2a327ae5cf6147707.png" style="text-align: center">
<img src="https://img.jishulink.com/202409/attachment/6fe7e6f66af242a2a327ae5cf6147707.png" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202409/attachment/6fe7e6f66af242a2a327ae5cf6147707.png?
展開 ABAQUS隨機粗糙度表面地形建模
本案例介紹在ABAQUS內建立三維隨機粗糙度表面或地形圖模型，并通過隨機粗糙度表面進行簡單的動力學模擬。
首先采用CAD隨機粗糙度表面插件建立三維隨機粗糙度實體幾何模型，并將模型導出為iges格式文件。
在ABAQUS內將隨機粗糙度表面文件以部件的形式進行導入。
為了動力學模擬的需要，這里新建一個球體部件，并將其與粗糙度表面進行裝配，球體置于粗糙度表面的任意位置。
設置球體與粗糙度表面間的相互作用，切向行為設置罰，法向行為設置硬接觸，并在載荷中設置重力并將模型下表面固定。
為模型劃分網格，單元形狀設置為四面體。
提交作業并查看球體在隨機粗糙度表面或特定地形中的運動路徑情況。
展開 ANSYS Workbench隨機連通孔結構建模
本文介紹在ANSYS Workbench內建立如圖所示的隨機單連通域周期性邊界多孔結構模型。
模型具備單連通域及周期性邊界條件，通常用于模擬具有重復幾何特征的多孔材料，如泡沫金屬、多孔陶瓷、復合材料等。通過采用周期性邊界條件，研究者可以高效地分析無限大或非常大的多孔材料中的局部行為，而無需對整個體積進行完全建模。
模型的建立采用AbyssFish單連通周期邊界多孔結構2D軟件生成多孔結構圖像文件。
使用CAD 圖像導入插件，將多孔結構圖像導入到AutoCAD內，建立孔隙邊界線草圖模型。
在CAD內通過生成面域及模型編輯-差集等方式建立多孔結構二維實體模型。并將生成好的模型導出為iges格式文件備用。
打開ANSYS Workbench后，選擇適用的分析系統，并將幾何結構-高級幾何結構選項-分析類型更改為2D，然后導入預先導出的iges文件。
后續可對連通多孔結構RVE模型進行有限元分析操作。
AbyssFish單連通周期邊界多孔結構2D軟件
https://www.yqgqt.org.cn/post/1954735
CAD圖像導入插件
https://www.yqgqt.org.cn/post/1953110
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