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從幾何模型的精細搭建、復雜的網(wǎng)格劃分，到邊界條件與材料屬性的精確設定，每一項都需要大量的手動操作。而多數(shù) CAE 工作者多來自力學、機械等專業(yè)背景，編程并非他們的強項，面對 CAE 軟件自帶腳本語言（如 Abaqus 的 Python 腳本、ANSYS 的 APDL 命令流）較高的學習門檻，常常望而卻步。

今天講的是關于球體六面體網(wǎng)格的二次開發(fā)。想要開發(fā)這個插件的原因是，每次要畫六面體的球體網(wǎng)格我覺得很麻煩，于是就想著能不能偷個懶。還得是我啊，啥都想著電腦能多干一點。剛好最近在看二次開發(fā)的時候看到了創(chuàng)建六面體球體的API,就拿來試了一下，沒想到還成功了。

<p><br></p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;各位小伙伴們大家好，這期是網(wǎng)格系列教程的第二篇，主要跟大家講解一下怎么用Hypermesh劃分球體網(wǎng)格。在好多方面，不可避免會劃分球體網(wǎng)格，那么怎么畫出質量高，又美觀的六面體網(wǎng)格呢？下面的操作將會詳細的介紹。

模型應用 插件生成的多層球體模型可導入其他軟件內進行有限元模擬等，如COMSOL隨機多層球體模型。 ANSYS Workbench多層球體建模及網(wǎng)格劃分。 ABAQUS CAE多層球體模型及網(wǎng)格。

模型中所有球體可以批量進行網(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，此部分內容需要用戶根據(jù)模擬內容自行設置。 參數(shù)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(tǒng)一即可。

插件可指定的參數(shù)有模型的長、寬、高；球體顆粒的大小分布范圍，包含三個粒徑區(qū)間，及每個區(qū)間球體所占的體積比；球體占長方體的體積比、球體間的最小間距（避免網(wǎng)格劃分出現(xiàn)過小網(wǎng)格的問題）、過渡區(qū)的厚度參數(shù)；球體隨機投放的迭代次數(shù)（確保模型可在有限時間內建立，迭代次數(shù)過小可能達不到設計的球體百分比）。 插件構建的模型包括基體、過渡區(qū)、球體顆粒三大部分。

在本案例中為方便網(wǎng)格劃分，將球體間的最小間距設置為2毫米，界面過渡區(qū)ITZ厚度設置為1毫米，如需獲取更高的骨料占比，可將上述兩個參數(shù)調小，來實現(xiàn)更為密集的骨料堆積狀態(tài)。

插件采用體素網(wǎng)格方式，通過背景網(wǎng)格將砂漿、骨料、ITZ劃分為三個集（Set），并對單元映射三種空材料。 插件支持設置長方體部件的長度(Length)、寬度(Width)、高度(Height)，以及在網(wǎng)格劃分中單元的尺寸(Element size)。

Sphere ratio：所有球體的體積占圓柱體體積的比例。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。Steps_max：最大投放次數(shù)，模型采用隨機投放算法，達到設定的投放嘗試次數(shù)后停止。此參數(shù)若設置過小可能會達不到設定的球體百分比，應根據(jù)球體數(shù)量適當調整。

** 在表征 HO 網(wǎng)格時，請務必注意，其階數(shù)等于其多項式次數(shù)加一。因此，線性網(wǎng)格的階數(shù)為 1，階數(shù)為 2，二次網(wǎng)格的階數(shù)為 2，階數(shù)為 3，等等。 1. 球體球體由聚集在球體表面的各向異性單元層進行網(wǎng)格劃分，過渡到各向同性遠場四面體網(wǎng)格。生成三種單元類型（僅四面體、棱柱和四面體以及混合單元）和四種多項式次數(shù)（線性、二次、三次和四次）的網(wǎng)格。 圖 1.

模型中的骨料及孔隙均為球體形狀，界面過渡區(qū)包裹在骨料外側。 注意，插件僅完成了幾何部件的網(wǎng)格劃分及材料截面指派，并未指定材料屬性、分析步、載荷等，此部分內容需要用戶根據(jù)模擬內容自行設置。 參數(shù)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(tǒng)一即可。

為了方便查看，對整個球體（彈丸）進行了建模。模型中共有17094個自由度。 由于板的網(wǎng)格單元將會逐漸失效并從模型中刪除，板內部的網(wǎng)格節(jié)點將暴露而與剛性球體（彈丸）的表面接觸。

對球體骨料及界面過渡區(qū)混凝土模型劃分網(wǎng)格。 創(chuàng)建并提交作業(yè)，查看結果。

六面體網(wǎng)格計算時間大量縮短，但骨料形狀為類球體，是否能投影為球體與單元網(wǎng)格尺寸大小有關，四面體網(wǎng)格計算時間較長，劃分形狀與球體基本一致。</p><p class="ql-align-justify">步驟三：進行材料、單元幅值，開展不同有限元分析。

添加材料，插件已將模型中的所有球體統(tǒng)一賦值截面屬性，只需替換截面中的材料，即可實現(xiàn)所有球體的材料批量賦值。 建立分析步，將上部板添加位移，下部板設置為固定約束，模擬試驗機的荷載施加。 對模型各部分進行網(wǎng)格劃分。

點擊繞坐標剪裁 按鈕，可以在坐標周圍添加一個剪裁球體，這樣我們就更容易檢查靠近有問題區(qū)域的面網(wǎng)格。點擊移除剪裁 按鈕可以移除剪裁球體，再次看到完整的網(wǎng)格。紅色的點表示有問題的位置，這樣就可以對特定的區(qū)域進行詳細的研究。當有消息表明生成了一個或多個低質量的單元時，可能需要特別注意。在這種情況下，網(wǎng)格的最小單元質量 會出現(xiàn)在消息旁邊的設置窗口。另一個檢查最小單元質量 的方法是在統(tǒng)計窗口。

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(xù)進行網(wǎng)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