隨機(jī)建模的案例
Abaqus的Python批量隨機(jī)幾何建模入門
在科研和工程實(shí)際問題中，經(jīng)常會(huì)涉及到隨機(jī)幾何元素，例如：混凝土骨料、隨機(jī)纖維復(fù)合材料、多孔介質(zhì)材料的傳熱和滲流問題、生物材料的細(xì)觀特征等等。這些材料中包含大量隨機(jī)尺寸、隨機(jī)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(fā)程序的方法來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的幾何模型構(gòu)造。
Abaqus支持使用Python語言進(jìn)行二次開發(fā)建模，用戶可以利用Python代碼達(dá)成特殊的建模要求。在批量隨機(jī)幾何建模問題中，有兩個(gè)關(guān)鍵詞：一是批量、二是隨機(jī)。
1、批量建模
批量建模主要用到的技巧是循環(huán)。在此我們介紹兩種常用的Python語言循環(huán)控制代碼格式。
首先是while循環(huán)，也就是“當(dāng)循環(huán)”。我們直接看一個(gè)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(dāng)i小于6的時(shí)候，執(zhí)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(huán)前，我們給i幅值為1，每一次循環(huán)又讓i在原來基礎(chǔ)上加一，這樣就實(shí)現(xiàn)了循環(huán)打印五個(gè)數(shù)字的效果。這里的i一般用于循環(huán)計(jì)數(shù)，自加的操作可以讓它記錄循環(huán)次數(shù)。
注意：while下面的執(zhí)行語句要空四個(gè)格！
第二種方式是for循環(huán)，也就是“歷遍循環(huán)”。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(gè)列表a，它包含五個(gè)元素，分別是1、2、3、4、5這五個(gè)整型變量。for i in a:的意思是讓虛擬元素i在a中逐個(gè)變化，也就是第一次循環(huán)時(shí)，i=1，第二次循環(huán)時(shí)，i=2，依次把五個(gè)元素歷遍后循環(huán)終止。
展開 模型分享13——隨機(jī)磨粒砂輪模型建模與仿真 ￥99
仿真文件說明
1、多面體磨粒自定義隨機(jī)建模
2、磨粒在砂輪表面隨機(jī)三維分布
3、砂輪磨削模型和仿真
4、磨粒和仿真均可以自定義修改
5、附件為建模和仿真的完整文件
6、該模型答疑和協(xié)助仿真
7、目前沒有時(shí)間錄制操作視頻
仿真視頻
仿真圖片
通過添加微信或者QQ可獲得答疑
WeChat & QQ：1489785835
仿真軟件ABAQUS 6.14-1
付費(fèi)描述
三維多面體磨粒、圓周隨機(jī)分布、砂輪建模、磨削仿真的CAE文件
模型分享012——二維隨機(jī)顆粒建模及仿真應(yīng)用 ￥99
圖3 隨機(jī)直徑顆粒建模
簡單嘗試
通過腳本文件生成了在0.075-0.125mm范圍內(nèi)的隨機(jī)顆粒，模擬明膠微球，基體材料為生物材料GelMA,采用一端擠壓的方式模擬“明膠顆粒—GelMA”混合墨水的擠壓狀態(tài)和應(yīng)力變化情況，以及鋁基復(fù)合材料的車削過程，分析顆粒在受力時(shí)發(fā)生的變化。
圖4 “明膠顆粒—GelMA”應(yīng)力分布圖
圖5 鋁基復(fù)合材料車削應(yīng)力分布圖
擴(kuò)展應(yīng)用
通過腳本文件生成的隨機(jī)顆粒，不僅可以模擬“明膠顆粒和GelMA”混合墨水在擠出式打印中的形變和受力，甚至還可以模擬“明膠顆粒—GelMA—?dú)馀荨边@種復(fù)雜混合模型在擠出式打印中的延遲和形變情況，對(duì)于精確控制墨水的擠出量具有一定的應(yīng)用前景。
圖6 多材料仿真模型構(gòu)建
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仿真軟件ABAQUS 6.14-1
付費(fèi)描述
二維隨機(jī)顆粒建模的仿真CAE文件和Python代碼，以及代碼的最便捷使用方式，可以實(shí)現(xiàn)零基礎(chǔ)的隨機(jī)顆粒建模操作，包學(xué)包會(huì)，。（無需子程序）
展開 COMSOL三維隨機(jī)裂紋 裂縫模型 隨機(jī)裂隙 隨機(jī)纖維建模
在COMSOL中可采用CAD模型導(dǎo)入的方式實(shí)現(xiàn)隨機(jī)裂紋或是纖維材料的建模。首先需要在CAD內(nèi)生成所需的三維纖維模型，這里用到了CAD_隨機(jī)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(shí)體。
將長方體基體導(dǎo)出為.sat文件，同時(shí)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(dǎo)入三維CAD文件，選擇剛剛保存的.dwg文件，并將要導(dǎo)入的對(duì)象更改為曲線和點(diǎn)，可選擇合并曲線對(duì)象。構(gòu)建對(duì)象，這樣三維的線就導(dǎo)入到COMSOL軟件內(nèi)了。
下一步我們將長方體的基體材料也導(dǎo)入到COMSOL內(nèi)，其實(shí)這一步也可以在COMSOL中直接建模完成。還是選擇導(dǎo)入，選擇剛剛保存的.sat文件，在這里要導(dǎo)入的對(duì)象需要選擇實(shí)體。
到這一步纖維跟基體就全部導(dǎo)入到COMSOL內(nèi)了。
如果想再COMSOL內(nèi)模擬線性的裂縫，需要將基體進(jìn)行分割操作，選擇布爾操作和分割-差集。要添加的對(duì)象選擇基體，要減去的對(duì)象選擇纖維。
構(gòu)建對(duì)象后，基體材料就被纖維分割完成，形成了基體內(nèi)的線狀裂縫。
后面進(jìn)行網(wǎng)格剖分分析等，可根據(jù)自己的要求進(jìn)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(jī)纖維3D插件
如需2D版本可通過下面鏈接下載：
CAD隨機(jī)纖維2D插件
展開 
ABAQUS隨機(jī)骨料建模插件 ￥400
參數(shù)界面</strong></p><p>參數(shù)界面用于設(shè)置骨料形狀參數(shù)和隨機(jī)填充算法的控制參數(shù)，如圖3所示。當(dāng)默認(rèn)設(shè)置無法滿足建模需求時(shí)，可以嘗試調(diào)整。</p><p>（1）橢球（繞X軸的旋轉(zhuǎn)橢球）</p><p>Axis Ratio：橢球旋轉(zhuǎn)半徑和橢球旋轉(zhuǎn)軸一半的比值。通過調(diào)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(gè)多面體的生成過程：在單位球中隨機(jī)構(gòu)造一個(gè)隨機(jī)的四面體，然后在此四面體的基礎(chǔ)上，依次添加新的隨機(jī)點(diǎn)和原來的四面體構(gòu)成一個(gè)新的多面體，直至多面體的體積到達(dá)預(yù)定值，或沒法再添加新點(diǎn)為止。采用體積率（Vol Ratio）控制多面體的形態(tài)（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(nèi)接正多面體的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置。為了避免多面體產(chǎn)生短邊，插件限定了多面體頂點(diǎn)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(shù)。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(rèn)15度）。</p><p>本插件通過提前批量生成單位多面體，構(gòu)造多面體的庫，高效地控制多面體的級(jí)配。用戶可以指定預(yù)生成的多面體的數(shù)量（Number of Polyhedrons）。當(dāng)多面體庫（Polyhedron Library）構(gòu)造完成后，依據(jù)主界面的級(jí)配和多面體的最小邊長（Min Edge of Polyhedron）從多面體庫隨機(jī)選取多面體縮放至所需粒徑的多面體。Min Edge of Polyhedron參數(shù)限定了（縮放后）多面體的最小邊長，可作為網(wǎng)格劃分尺寸的一個(gè)參考（另一個(gè)是骨料間的最小間距）。
展開 OptFuture 2025.4.0 隱式建模與隨機(jī)振動(dòng)重磅首發(fā)！
本次更新帶來了隱式建模、隨機(jī)振動(dòng)
兩大全新模塊，并針對(duì)拓?fù)鋬?yōu)化與文件管理系統(tǒng)進(jìn)行了
多項(xiàng)深度優(yōu)化。在追求仿真效率的道路上，OptFuture始終與您同行。歡迎登錄cae.optfuture.cn探索新版本帶來的高效設(shè)計(jì)與仿真體驗(yàn)！
用戶群
隱式建模
告別傳統(tǒng)晶格建模帶來的軟件卡頓與性能瓶頸，我們正式引入基于
數(shù)學(xué)函數(shù)定義的隱式場技術(shù)。該模塊實(shí)現(xiàn)了幾何表達(dá)的跨代飛躍：即便生成
數(shù)萬個(gè)微細(xì)晶格結(jié)構(gòu)，頁面依然能保持
毫秒級(jí)的實(shí)時(shí)響應(yīng)與絲滑操作。通過其天然的連續(xù)性特征，為后續(xù)的隱式模型CAE求解與結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化提供底層支撐。
隨機(jī)振動(dòng)
面對(duì)無法用確定性時(shí)間函數(shù)描述的（隨機(jī)）激勵(lì)，系統(tǒng)產(chǎn)生的響應(yīng)也表現(xiàn)出不可預(yù)測的隨機(jī)性，本模塊核心在于運(yùn)用概率統(tǒng)計(jì)理論
將看似無規(guī)律的物理現(xiàn)象量化為可分析的數(shù)學(xué)模型。通過定義其統(tǒng)計(jì)特性——功率譜密度（位移、速度、加速度PSD）來描述載荷的特征，可直接計(jì)算出系統(tǒng)響應(yīng)的結(jié)果（位移/速度/加速度/應(yīng)力均方根值、PSD響應(yīng)曲線），為航空航天、車輛工程及電子設(shè)備的抗振設(shè)計(jì)提供了仿真支撐。
拓?fù)鋬?yōu)化制造約束
我們進(jìn)一步貼近工程實(shí)戰(zhàn)，通過引入
銑削約束與
擠壓約束，確保結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果天然符合減材與等材加工邏輯。這種深度工藝耦合，不僅大幅縮短了從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的迭代周期，更賦予了復(fù)雜構(gòu)件
極高的落地確定性。
展開 三維隨機(jī)多面體骨料（隨機(jī)多邊形）建模
可見隨著多面體的階數(shù)增加，根據(jù)小編提供的建模方法建模得到的隨機(jī)多面體骨料模型趨于球體。
ANSYS混凝土三維隨機(jī)骨料 混凝土細(xì)觀 隨機(jī)球體 顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料建模
現(xiàn)階段在ANSYS內(nèi)進(jìn)行隨機(jī)混凝土模型構(gòu)建的主流方法是通過APDL命令流等形式，這要求研究者應(yīng)具有一定的程序設(shè)計(jì)能力。
為了方便快捷的構(gòu)建出混凝土細(xì)觀幾何模型，這里提出另一種建模方案，通過AutoCAD模型導(dǎo)入的方式，實(shí)現(xiàn)無編程構(gòu)建混凝土隨機(jī)骨料。
模型構(gòu)建
1、CAD模型生成
首先采用CAD隨機(jī)球體顆粒插件在AutoCAD內(nèi)構(gòu)建三維球體幾何模型：
插件可指定生成隨機(jī)分布的不相交的球體顆粒，同時(shí)生成與球體顆粒裝配的帶有孔洞的長方體基體。同時(shí)對(duì)顆粒的粒徑大小、比例等都能進(jìn)行控制。
將生成的三維球體幾何模型導(dǎo)出為.sat格式文件備用。
2、ANSYS Workbench 導(dǎo)入
打開ANSYS Workbench，在幾何內(nèi)進(jìn)行導(dǎo)入預(yù)先保存的.sat文件：
后續(xù)進(jìn)行網(wǎng)格劃分等操作，在ANSYS Workbench內(nèi)進(jìn)行即可：
插件下載
建模用到的CAD插件下載：
CAD隨機(jī)球體顆粒插件
展開 UD單胞細(xì)觀建模插件（纖維隨機(jī)分布+周期性邊界—幾何上） ￥50
插件介紹：
這是一個(gè)具有周期性的ud單胞細(xì)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(jī)分布，纖維與樹脂分為兩個(gè)部件。
操作說明：
首先打開abaqus CAE，在Plug-ins目錄下找到UD單胞細(xì)觀建模插件，如圖所示：
編輯
跳轉(zhuǎn)
點(diǎn)擊它，打開插件界面，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，樹脂部件名稱，纖維部件名稱，以及如圖所標(biāo)的參數(shù)，并需要指定纖維半徑與樹脂含量，拖動(dòng)滑塊，設(shè)定纖維投放失敗最大嘗試次數(shù)。
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：
UD單胞細(xì)觀建模插件使用視頻教程_培訓(xùn)課程_abaqus建立rve ABAQUS仿真rve-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.凡是購買插件的用戶，使用過程中若是遇到Bug，本人將承諾對(duì)發(fā)現(xiàn)的bug進(jìn)行修復(fù)。
2.使用時(shí)有什么問題，也可以進(jìn)行咨詢，私信或評(píng)論區(qū)發(fā)言都行，看到有時(shí)間會(huì)進(jìn)行回復(fù)。
3.還沒想好，以后再說。
展開 ABAQUS隨機(jī)粗糙度表面地形建模
本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立三維隨機(jī)粗糙度表面或地形圖模型，并通過隨機(jī)粗糙度表面進(jìn)行簡單的動(dòng)力學(xué)模擬。
首先采用CAD隨機(jī)粗糙度表面插件建立三維隨機(jī)粗糙度實(shí)體幾何模型，并將模型導(dǎo)出為iges格式文件。
在ABAQUS內(nèi)將隨機(jī)粗糙度表面文件以部件的形式進(jìn)行導(dǎo)入。
為了動(dòng)力學(xué)模擬的需要，這里新建一個(gè)球體部件，并將其與粗糙度表面進(jìn)行裝配，球體置于粗糙度表面的任意位置。
設(shè)置球體與粗糙度表面間的相互作用，切向行為設(shè)置罰，法向行為設(shè)置硬接觸，并在載荷中設(shè)置重力并將模型下表面固定。
為模型劃分網(wǎng)格，單元形狀設(shè)置為四面體。
提交作業(yè)并查看球體在隨機(jī)粗糙度表面或特定地形中的運(yùn)動(dòng)路徑情況。
展開 ANSYS Workbench隨機(jī)連通孔結(jié)構(gòu)建模
本文介紹在ANSYS Workbench內(nèi)建立如圖所示的隨機(jī)單連通域周期性邊界多孔結(jié)構(gòu)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(fù)幾何特征的多孔材料，如泡沫金屬、多孔陶瓷、復(fù)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(duì)整個(gè)體積進(jìn)行完全建模。
模型的建立采用AbyssFish單連通周期邊界多孔結(jié)構(gòu)2D軟件生成多孔結(jié)構(gòu)圖像文件。
使用CAD 圖像導(dǎo)入插件，將多孔結(jié)構(gòu)圖像導(dǎo)入到AutoCAD內(nèi)，建立孔隙邊界線草圖模型。
在CAD內(nèi)通過生成面域及模型編輯-差集等方式建立多孔結(jié)構(gòu)二維實(shí)體模型。并將生成好的模型導(dǎo)出為iges格式文件備用。
打開ANSYS Workbench后，選擇適用的分析系統(tǒng)，并將幾何結(jié)構(gòu)-高級(jí)幾何結(jié)構(gòu)選項(xiàng)-分析類型更改為2D，然后導(dǎo)入預(yù)先導(dǎo)出的iges文件。
后續(xù)可對(duì)連通多孔結(jié)構(gòu)RVE模型進(jìn)行有限元分析操作。
AbyssFish單連通周期邊界多孔結(jié)構(gòu)2D軟件
https://www.yqgqt.org.cn/post/1954735
CAD圖像導(dǎo)入插件
https://www.yqgqt.org.cn/post/1953110
展開 
ABAQUS隨機(jī)雙相材料多孔結(jié)構(gòu)建模
首先采用AbyssFish四參數(shù)隨機(jī)生長2D軟件V1.3版本隨機(jī)生成一張模型圖像。
通過CAD圖像導(dǎo)入插件將圖像導(dǎo)入到AutoCAD內(nèi)，并將圖像的黑白區(qū)域分別處理成三維部件，并導(dǎo)出為iges格式文件。
在Abaqus CAE軟件內(nèi)，將兩份iges文件導(dǎo)入。
對(duì)兩個(gè)部件指定不同的材料類型，并裝配形成雙相材料幾何模型。
進(jìn)行網(wǎng)格劃分操作。
設(shè)置兩部件之間的相互作用。
設(shè)置分析步后對(duì)模型添加載荷，這里將下側(cè)邊界設(shè)置為固定約束，上邊界添加向下的位移，實(shí)現(xiàn)模型的受壓狀態(tài)模擬。
創(chuàng)建作業(yè)并提交分析查看結(jié)果。
Abaqus隨機(jī)球體三維建模插件 ￥98
插件介紹
AbyssFish_RandomSphere3D V2.0 插件可在Abaqus內(nèi)參數(shù)化生成隨機(jī)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(gòu)建球體骨料混凝土細(xì)觀、隨機(jī)彈丸、泡沫混凝土、多孔結(jié)構(gòu)模型等，可設(shè)置模型的尺寸、球體的粒徑分布、球體比例等參數(shù)。
模型說明
插件采用部件（Part）裝配方式，分別建立隨機(jī)分布的球體及帶有孔洞的長方體部件，并進(jìn)行模型裝配。
插件建立的模型中每個(gè)球體為一個(gè)獨(dú)立的部件，且插件已對(duì)所有球體進(jìn)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(jìn)行網(wǎng)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(wǎng)格等，此部分內(nèi)容需要用戶根據(jù)模擬內(nèi)容自行設(shè)置。
參數(shù)說明
Length、Width、Height：設(shè)置模型的長寬高尺寸，分別對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸x， y，z方向。單位全局統(tǒng)一即可。
Radius_Max、Radius _Mid、Radius _Min：大中小三種粒徑球體的半徑分布區(qū)間。粒徑區(qū)間設(shè)置可連續(xù)也可不連續(xù)，可指定所有粒徑大小一致。
Ratio：當(dāng)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(shù)設(shè)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(wǎng)格劃分，此參數(shù)設(shè)置建議大于外側(cè)長方體的最小單元尺寸。
Timeout：最大投放次數(shù)，模型采用隨機(jī)投放算法，達(dá)到設(shè)定的投放嘗試次數(shù)后停止。
展開 ABAQUS隨機(jī)地層土層建模地質(zhì)分層模型
本案例中的地質(zhì)分層模型通過CAD隨機(jī)粗糙度表面插件參數(shù)化隨機(jī)生成，如有真實(shí)地層的勘測數(shù)據(jù)，也可通過CAD圖像轉(zhuǎn)地形插件進(jìn)行真實(shí)地層的三維重建。
通過插件建立多個(gè)不同的地層模型后，在CAD內(nèi)將地層設(shè)置到相應(yīng)的標(biāo)高，并通過差集等操作建立完整的地質(zhì)分層模型。
在AutoCAD內(nèi)將各個(gè)地層導(dǎo)出為iges格式文件后，分別以部件的形式導(dǎo)入到ABAQUS內(nèi)。
進(jìn)行各地質(zhì)層材料屬性的設(shè)置并完成多個(gè)地層的裝配。
進(jìn)行地質(zhì)土層有限元模型網(wǎng)格的劃分，根據(jù)研究的需要完成后續(xù)的模擬。
matlab+abaqus隨機(jī)纖維分布建模
可控制纖維長度，個(gè)數(shù)隨機(jī)，
投放
