顆粒/纖維堆積建模的案例
CAD纖維密堆積3D插件 圓柱重力堆積 ￥1699
插件介紹
CAD纖維密堆積3D插件V1.0版本可在AutoCAD內(nèi)建立圓柱體纖維重力堆積模型。
插件內(nèi)置重力堆積算法，可進(jìn)行圓柱體纖維的碰撞檢測(cè)及密堆積建模，插件可進(jìn)行三維堆積的動(dòng)畫(huà)展示，并將堆積模型在AutoCAD內(nèi)建模，支持導(dǎo)出stl、sat、iges等通用三維模型，可實(shí)現(xiàn)其他軟件的導(dǎo)入，進(jìn)行纖維堆積模型的科研繪圖或有限元仿真。
插件支持設(shè)置模型的尺寸，可定義三組不同直徑及不同長(zhǎng)度范圍的纖維及相應(yīng)的占比，且可設(shè)置纖維之間的最小間距。
模型說(shuō)明
插件在CAD軟件中對(duì)設(shè)定的三組纖維分別進(jìn)行圖層劃分繪制，并創(chuàng)建包裹纖維外部的長(zhǎng)方體組件，從而使纖維堆積結(jié)構(gòu)模型能夠適應(yīng)多種應(yīng)用場(chǎng)景。
通過(guò)CAD纖維密堆積插件創(chuàng)建的圓柱形纖維重力密堆積模型，能夠有效地支持動(dòng)畫(huà)演示的需求。這種模型使展示變得更加生動(dòng)直觀，也為科研人員提供了一個(gè)強(qiáng)有力的工具來(lái)可視化復(fù)雜纖維堆積結(jié)構(gòu)。
圓柱體堆積模型可進(jìn)行繪圖渲染用于科學(xué)研究，賦予研究人員生成高質(zhì)量科學(xué)圖像的能力。這有助于提升科研論文及報(bào)告的專(zhuān)業(yè)水準(zhǔn)和說(shuō)服力，從而更好地支持研究成果的交流與分享。
AutoCAD建立的纖維堆積模型具有良好的軟件兼容性，可以導(dǎo)入至ANSYS Workbench、COMSOL Multiphysics以及Abaqus CAE等主流有限元分析平臺(tái)。
展開(kāi) 顆粒的最大堆積密度是多少？離散元軟件如何模擬最密堆積問(wèn)題？
首頁(yè) > 新聞媒體
塑料顆粒在注塑成型和擠出成型過(guò)程中，合理的級(jí)配可以提高產(chǎn)品的表面質(zhì)量和力學(xué)性能。
在玻璃纖維、碳纖維等填充材料中，需根據(jù)產(chǎn)品要求調(diào)整短纖維和長(zhǎng)纖維的比例，以達(dá)到最佳的材料強(qiáng)度和韌性。
三、DEMms軟件模擬顆粒最密堆積問(wèn)題
顆粒、粉料的級(jí)配通常依賴(lài)經(jīng)驗(yàn)或者實(shí)驗(yàn)手段解決，但以經(jīng)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)形成的級(jí)配方案并不一定是最優(yōu)方案，且在材料、粒徑多樣的情況下會(huì)帶來(lái)高昂的實(shí)驗(yàn)成本。采用計(jì)算機(jī)仿真手段，可以有效輔助優(yōu)化顆粒級(jí)配模型，降低實(shí)驗(yàn)成本，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。
基于介尺度結(jié)構(gòu)的粗粒化模型
與傳統(tǒng)粗粒化方法相比，DEMms的EMMS-DPM 方法在保證精度的同時(shí)，極大減少計(jì)算量，提高計(jì)算效率。
寬粒徑分布優(yōu)化
在處理寬粒徑分布的顆粒體系時(shí)，DEMms采用多重網(wǎng)格搜索和多重通訊算法，能夠優(yōu)化計(jì)算過(guò)程，內(nèi)存使用量降低一個(gè)量級(jí)，計(jì)算速度提升30%。
采用DEMms軟件，根據(jù)不同的顆粒配比輸入，可有效模擬顆粒堆積狀態(tài)，獲得顆粒體積分?jǐn)?shù)，助力工程技術(shù)人員在多種級(jí)配方案中快速篩選優(yōu)化方案。軟件模擬多種不同粒徑組合的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)的平均體積分?jǐn)?shù)誤差小于2%。
展開(kāi) CAD顆粒密堆積2D顆粒流PFC離散元DEM模型 ￥399
插件簡(jiǎn)介
CAD顆粒密堆積2D插件可用于生成二維狀態(tài)下重力堆積的隨機(jī)顆粒。插件可指定投放區(qū)域、顆粒的粒徑范圍、顆粒間的間距、顆粒個(gè)數(shù)等信息，同時(shí)可模擬顆粒彈性及摩擦摩擦系數(shù)。
插件采用物理引擎對(duì)顆粒行為進(jìn)行模擬，可實(shí)現(xiàn)顆粒在力場(chǎng)作用下的堆積、以及顆粒間的碰撞等。
插件可將當(dāng)前圖形輸出到AutoCAD，可控制輸出時(shí)機(jī)，在可視化的同時(shí)保存當(dāng)前狀態(tài)，生成的dwg文件可導(dǎo)入其他有限元軟件，同時(shí)可統(tǒng)計(jì)當(dāng)前顆粒所占比例。
插件可指定顆粒間的最小間距，控制間距可在有限元分析中更好的劃分網(wǎng)格，避免計(jì)算不收斂。
可對(duì)同一模型進(jìn)行多次輸出，通過(guò)CAD圖層對(duì)輸出進(jìn)行劃分。
插件可進(jìn)行力場(chǎng)方向的指定，實(shí)現(xiàn)不同的堆積模型，或進(jìn)行分子熱運(yùn)行模擬等。
采用堆積模式，可實(shí)現(xiàn)高比例粒子的分布模型，下圖為82.59%的比例。
說(shuō)明提醒
插件需要注冊(cè)，注冊(cè)后可永久使用，版本更新不影響注冊(cè)狀態(tài)，注冊(cè)請(qǐng)聯(lián)系QQ：1135122921。
樣圖下載
Dwg格式樣圖，可導(dǎo)入Comsol、ANSYS、Abaqus等有限元軟件測(cè)試。
顆粒密堆積樣圖.rar
展開(kāi) 顆粒堆積過(guò)程編程實(shí)現(xiàn) ￥600
本篇文檔基于Javascript語(yǔ)言對(duì)顆粒堆積過(guò)程進(jìn)行了編程實(shí)現(xiàn)，顆粒堆積采用基于方位流體（Position Based Fluids）的SPH算法編程實(shí)現(xiàn)，具體效果展示如下：
感興趣的朋友可下載代碼了解詳細(xì)情況，可在此基礎(chǔ)上模擬其他應(yīng)用場(chǎng)景。
ABAQUS球體顆粒重力堆積3D模型
在ABAQUS內(nèi)建立隨機(jī)球體顆粒的重力密堆積模型，可以模擬自然界中顆粒物質(zhì)在重力作用下的自然堆積情況，進(jìn)而對(duì)模型進(jìn)行其他方面的模擬研究。本案例介紹如何在ABAQUS內(nèi)建立球體密堆積模型。
首先采用CAD球體密堆積3D插件V2.0版本，在CAD內(nèi)建立堆積的球體及外側(cè)基體模型。
將球體及基體部分分別導(dǎo)出為iges文件，兩部分在CAD內(nèi)已分圖層建模，方便整體導(dǎo)出。
在ABAQUS內(nèi)將兩個(gè)文件分別以部件的形式進(jìn)行導(dǎo)入。
可將兩部分進(jìn)行裝配，構(gòu)成整體，也可根據(jù)模型的需要只采用堆積球體部件或帶有球體孔洞的長(zhǎng)方體部件。
后續(xù)可添加分析，進(jìn)行相應(yīng)的有限元模擬。
展開(kāi) ABAQUS圓形顆粒密堆積模型
<p>顆粒密堆積模型可在有限元中模擬堆積的顆粒材料，用于地質(zhì)力學(xué)、混凝土、材料科學(xué)等領(lǐng)域的研究。本案例采用CAD顆粒密堆積2D插件，建立模擬重力堆積的圓形顆粒模型，并將模型導(dǎo)入ABAQUS內(nèi)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的力學(xué)模擬。</p><div contenteditable="false" width="100%">
<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202502/attachment/977e3ad4004d41eb942b65e9a62eccc9.png" style="text-align: center">
<img src="https://img.jishulink.com/202502/attachment/977e3ad4004d41eb942b65e9a62eccc9.png" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202502/attachment/977e3ad4004d41eb942b65e9a62eccc9.png?image_process=/format,webp/quality,q_40" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202502/attachment/977e3ad4004d41eb942b65e9a62eccc9.png?
展開(kāi) dem離散顆粒平板堆積研究
10，結(jié)果分析
不同時(shí)刻，DEM顆粒堆積狀態(tài)分別如下圖所示：
穩(wěn)定后，堆積如下所示：
通過(guò)本文研究，找到DEM建模方法，以及與lagrange物體作用的方法。對(duì)于DEM控制等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了研究，對(duì)于含水量等將作為后續(xù)研究?jī)?nèi)容。
PFC休止角（堆積角）計(jì)算的滾筒方法——砂土顆粒
最后顆粒表面會(huì)穩(wěn)定在某一個(gè)角度，這個(gè)角度就是休止角。簡(jiǎn)單用量角器量，或者用圖像處理方法得到表面輪廓，進(jìn)行線性擬合，都可以得到這個(gè)角度。
后面也會(huì)帶來(lái)不規(guī)則塊體和稻谷顆粒的滾筒模擬。
ABAQUS圓柱體纖維重力堆積3D模型
在ABAQUS內(nèi)建立纖維在重力作用下的堆積模式有助于深入理解自然和人造纖維系統(tǒng)中的堆積機(jī)制。這對(duì)于優(yōu)化材料結(jié)構(gòu)、提高材料性能至關(guān)重要。本案例介紹如何在ABAQUS內(nèi)建立圓柱體纖維重力堆積三維模型。
首先采用CAD纖維密堆積3D插件，通過(guò)圓柱體重力堆積算法在CAD內(nèi)建立三維圓柱堆積模型，不同參數(shù)的纖維CAD已進(jìn)行分圖層繪制，方便批量管理。
插件可對(duì)纖維的堆積過(guò)程進(jìn)行可視化展示。
對(duì)不同圖層的纖維分別導(dǎo)出為iges格式文件，并導(dǎo)入到ABAQUS軟件內(nèi)建立部件。
將三個(gè)纖維部件進(jìn)行裝配。
可對(duì)不同種類(lèi)的纖維分別進(jìn)行材料設(shè)置。
以及對(duì)纖維堆積模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
展開(kāi) UD單層層合板細(xì)觀建模插件（重力堆積模型） ￥300
<h1 class="ql-align-justify"><em>插件介紹：</em></h1><p class="ql-align-justify"><span style="color: rgb(25, 25, 25);">這是一個(gè)UD單層層合板細(xì)觀建模插件，可以指定層合板的尺寸大小、纖維半徑（恒定或范圍）。</span></p><p class="ql-align-justify"><span style="color: rgb(25, 25, 25);">纖維采用重力堆積。纖維與樹(shù)脂分開(kāi)建模。
展開(kāi) ABAQUS三維多面體骨料密堆積混凝土細(xì)觀建模
ABAQUS三維多面體骨料密堆積建模通過(guò)重力堆積算法構(gòu)建混凝土細(xì)觀結(jié)構(gòu)，克服了傳統(tǒng)隨機(jī)分布模型與實(shí)際骨料沉降行為的偏差，更精準(zhǔn)反映骨料在混凝土中的分布特征，可實(shí)現(xiàn)高骨料占比下的力學(xué)響應(yīng)模擬，為混凝土損傷機(jī)理研究、材料參數(shù)標(biāo)定及多尺度耦合分析提供可靠依據(jù)。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立三維混凝土多面體骨料重力密堆積模型。
混凝土細(xì)觀骨料堆積模型采用CAD多面體密堆積_圓柱體試件3D插件生成，在AutoCAD內(nèi)建立模型后將骨料導(dǎo)出為iges格式文件。
在ABAQUS CAE中將骨料模型導(dǎo)入建立部件，如需對(duì)不同骨料分別設(shè)置材料屬性也可將骨料分為三個(gè)部件分別導(dǎo)入。
對(duì)混凝土細(xì)觀模型中的各組分設(shè)置不同的材料屬性，在混凝土細(xì)觀研究中可選用EasyCDP_Mortar&ITZ插件生成混凝土損傷塑性模型材料。
采用四面體單元進(jìn)行混凝土骨料的網(wǎng)格劃分。
建立不同骨料部件的裝配。
或是通過(guò)AutoCAD軟件對(duì)骨料進(jìn)行處理后導(dǎo)出卵石狀骨料模型，并導(dǎo)入到ABAQUS內(nèi)。
如需進(jìn)行三維混凝土細(xì)觀受壓損傷開(kāi)裂方面的仿真模擬也可參考ABAQUS三維混凝土細(xì)觀受壓損傷斷裂數(shù)值模擬視頻教程。
展開(kāi) 
ANSYS纖維混凝土 三維隨機(jī)纖維 鋼纖維 纖維復(fù)合材料建模
在ANSYS內(nèi)構(gòu)建隨機(jī)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(dǎo)入的方法，在這里對(duì)CAD生成隨機(jī)纖維及導(dǎo)入ANSYS進(jìn)行詳細(xì)介紹。
首先采用CAD隨機(jī)三維纖維插件進(jìn)行纖維及基體材料的幾何模型構(gòu)建，插件可指定數(shù)目、直徑、長(zhǎng)度、角度的三維分布的圓柱體纖維，插件嚴(yán)格控制纖維之間不發(fā)生干涉，同時(shí)插件會(huì)在CAD內(nèi)生成與圓柱體纖維相適配的帶有空洞的長(zhǎng)方體基體。
設(shè)置好參數(shù)運(yùn)行CAD隨機(jī)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(dǎo)入。
打開(kāi)ANSYS Workbench，新建一個(gè)分析，在Geometry上右鍵，選擇導(dǎo)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(zhǎng)方體基體兩部分。纖維及長(zhǎng)方體基體均為實(shí)體。
生成后就可以進(jìn)行網(wǎng)格劃分、模擬分析等操作了。
建模所用到的插件：
CAD_隨機(jī)三維纖維插件
展開(kāi) 任意鋪層角度UD層合板纖維尺度建模插件（纖維隨機(jī)分布) ￥99
插件介紹：
這是一個(gè)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(shù)脂含量。纖維采用隨機(jī)分布，纖維與樹(shù)脂分為兩個(gè)部件。
操作說(shuō)明：
首先打開(kāi)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(diǎn)擊它，打開(kāi)插件界面，如圖所示：
這里首先要完成模型的設(shè)定。自上而下分別為目標(biāo)模型，樹(shù)脂部件名稱(chēng)，纖維部件名稱(chēng)，以及如圖所標(biāo)的參數(shù)，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(shù)脂含量，拖動(dòng)滑塊，設(shè)定纖維投放失敗最大嘗試次數(shù)，該值適用于所有層。
此外，層數(shù)不限，自下而上鋪層，就是說(shuō)第一層在最低層。預(yù)設(shè)5層，如果少于5層，需要把多余的行刪去。
數(shù)值盡量采用小數(shù)，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(shí)體模型，設(shè)定好之后就可以點(diǎn)擊ok或apply進(jìn)行生成。
插件說(shuō)明
此插件所生成的是實(shí)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(jī)分布)使用視頻教程_培訓(xùn)課程-技術(shù)鄰
為了安裝方便，這里新增了安裝包，雙擊運(yùn)行，路徑采用默認(rèn)就行。并為防止特殊情況，這里也提供了壓縮包，可以通過(guò)傳統(tǒng)安裝方式進(jìn)行解壓安裝。新版界面如下：
注意，路徑盡量默認(rèn)，也可以自定義安裝，如果自定義安裝請(qǐng)安裝到與傳統(tǒng)安裝一致的地方。
今后插件的發(fā)行格式均采用壓縮包與安裝包并行的形式。
承諾：
1.凡是購(gòu)買(mǎi)插件的用戶(hù)，使用過(guò)程中若是遇到Bug，本人將承諾對(duì)發(fā)現(xiàn)的bug進(jìn)行修復(fù)。
展開(kāi) COMSOL隨機(jī)纖維 纖維混凝土建模
先看一下網(wǎng)格劃分后最終的模型圖：
在COMSOL內(nèi)建立纖維模型可采用CAD導(dǎo)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(dǎo)入。
打開(kāi)comsol，在幾何菜單下選擇導(dǎo)入，選擇.sat文件導(dǎo)入即可。
模型包括圓柱體纖維、帶孔的長(zhǎng)方體基體兩部分。
當(dāng)然采用插件也可以生成其他形式的COMSOL隨機(jī)幾何模型。如COMSOL模擬巖石的節(jié)理、短纖維混凝土等。
在本教程中所用到的插件下載：
CAD_隨機(jī)三維纖維插件
展開(kāi) 在靜電紡絲納米纖維上“長(zhǎng)出”納米顆粒，用作電池陰極材料
納米顆粒通常具有與本體材料不同的光學(xué)，電學(xué)，磁學(xué)或催化性質(zhì)。然而，通常納米顆粒的團(tuán)聚會(huì)嚴(yán)重影響這些特殊的納米特性，因此，使納米顆粒相互分開(kāi)，可以長(zhǎng)時(shí)間地穩(wěn)定其性能。
加州理工學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程系Giapis教授組利用無(wú)針靜電紡絲技術(shù)，通過(guò)將電解質(zhì)磷酸二氫銫（CDP）與聚乙烯吡咯烷酮（PVP）或聚乙烯醇（PVA）聚合物溶液混合，并加入少量以DMF為溶劑的聚苯胺（PANI）溶液來(lái)增加樣品的電導(dǎo)率。在靜電紡絲后高溫?zé)崽幚砑{米纖維樣品，成功制得了可用于固體酸性燃料電池（SAFCs）的納米纖維電極。
在靜電紡絲過(guò)程中，DMF較低的蒸汽壓導(dǎo)致其不易揮發(fā)。磷酸二氫銫（CDP）由于不溶于DMF，在靜電紡絲末期易形成過(guò)飽和狀態(tài)，會(huì)在PVP或PVA納米纖維內(nèi)部及表面成核結(jié)晶“長(zhǎng)出”納米顆粒。同機(jī)械壓制磷酸二氫銫（CDP）粉末生產(chǎn)的陰極相比，該納米纖維電極在每個(gè)電流密度下都具有更高的電池電壓，其原因是納米纖維電極表面積（21m2/g）相比于傳統(tǒng)陰極表面積（2.4m2/g）更大，約為9倍。同時(shí)因?yàn)镻VP和PVA在氧化還原反應(yīng)中沒(méi)有活性，所以需要通過(guò)300℃高溫?zé)崽幚砣コＴ谠搶?shí)驗(yàn)中，PVP與PVA不同的熱解性質(zhì)導(dǎo)致了PVP基納米纖維相比于PVA基納米纖維具有更好的電化學(xué)性能。該方法維持了納米顆粒的分散狀態(tài)，為在納米纖維表面附著納米顆粒提供了新的思路。
該研究成果近期發(fā)表于《Nature Communications》上。
圖文速遞
圖1.靜電紡絲過(guò)程的示意圖。納米顆粒修飾的納米纖維由透明聚合物溶液一步制成，溶液中含有溶解的磷酸二氫銫（CDP）和聚合物。在浸入溶液中的旋轉(zhuǎn)電極上會(huì)形成多個(gè)泰勒錐。在收集電極上吹熱空氣，使得靜電紡絲能夠在低聚合物濃度下進(jìn)行。具有CDP納米顆粒的纖維會(huì)大面積地沉積到收集電極上。
圖2.橫截面掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。
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