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二、最密堆積問題的應(yīng)用場(chǎng)景堆積問題是研究晶體結(jié)構(gòu)、液體結(jié)構(gòu)、非均勻材料結(jié)構(gòu)等凝聚態(tài)物質(zhì)系統(tǒng)的重要模型。除了單分散顆粒外，多分散顆粒的密堆積在實(shí)際應(yīng)用中更加廣泛。顆粒體系在不同顆粒直徑分散性下會(huì)表現(xiàn)出不同的密堆積填料分?jǐn)?shù)，這就帶來了顆粒級(jí)配問題。在各類工業(yè)領(lǐng)域，顆粒材料的級(jí)配對(duì)于產(chǎn)品的性能有著至關(guān)重要的影響。優(yōu)化顆粒級(jí)配以達(dá)到緊密堆積，不僅可以提高產(chǎn)品的強(qiáng)度和耐久性，還能顯著降低成本。

<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。

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。

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。

基于密堆積算法的三維多面體重力堆積模型研究，對(duì)深入理解顆粒材料微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能的關(guān)聯(lián)機(jī)制具有重要價(jià)值。該模型能準(zhǔn)確模擬顆粒在重力作用下的自然堆積行為，為混凝土、陶瓷等復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論支撐，對(duì)優(yōu)化材料性能及指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐具有顯著意義。本案例介紹在COMSOL內(nèi)建立三維多面體顆粒重力密堆積模型。

構(gòu)建多層圓片隨機(jī)堆積三維模型可用于材料、化工、土木、生物醫(yī)學(xué)等多領(lǐng)域的研究，如復(fù)合材料設(shè)計(jì)、催化劑載體、顆粒物堆積研究等。本案例介紹在COMSOL內(nèi)建立三維圓片堆積模型。 三維圓片堆積模型可采用CAD纖維密堆積3D插件建立，參數(shù)設(shè)置如圖所示，在AutoCAD內(nèi)建立圓柱體薄片的堆積模型。

本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立球體重力密堆積三維模型，模型采用圓柱體試件，包含界面過渡區(qū)ITZ部件，可用于超高骨料占比的混凝土細(xì)觀幾何建模。 圓柱體試件內(nèi)的球體密堆積及ITZ等部件采用CAD球體密堆積_圓柱體試件3D插件在AutoCAD軟件內(nèi)參數(shù)化建模生成。插件可設(shè)置三組粒徑范圍的球體顆粒，并可指定每組粒徑的占比。

以及對(duì)纖維堆積模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

本文基于COMSOL Multiphysics有限元軟件，構(gòu)建含ITZ的多面體骨料密堆積三維細(xì)觀模型，有效表征混凝土的非均質(zhì)特性，準(zhǔn)確反映骨料形態(tài)、分布及界面行為對(duì)整體性能的影響機(jī)制，為揭示混凝土損傷演化規(guī)律、優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)及提升結(jié)構(gòu)耐久性提供理論支撐。 本研究采用CAD多面體&過渡區(qū)密堆積3D插件生成混凝土三維細(xì)觀幾何模型。

6 設(shè)置計(jì)算模型多相流模型不必打開，不考慮能量方程。湍流模型為標(biāo)準(zhǔn)的k-e模型，增強(qiáng)的壁面函數(shù)，打開Discrete Phase模型。不勾選Interaction with Continuous Phase，不考慮顆粒相和流體相之間的相互作用。其余選擇均保持默認(rèn)。單擊下面的Injections，彈出下圖單擊Create，創(chuàng)建顆粒入射口。 單擊Create，創(chuàng)建顆粒入射口。

插件可設(shè)置試件尺寸及多邊形顆粒尺寸分布范圍等參數(shù)，同時(shí)可設(shè)置多邊形堆積顆粒的數(shù)量，用于生成不同填充工況的密堆積模型。 插件支持設(shè)置多邊形邊數(shù)參數(shù)，能建立不同顆粒形態(tài)的模型。 可設(shè)置界面過渡區(qū)厚度及多邊形顆粒間最小間距參數(shù)。

三維混凝土細(xì)觀模型基于CAD多面體&過渡區(qū)密堆積3D插件構(gòu)建，其中不同粒徑分組的骨料及界面過渡區(qū)（ITZ）均按圖層分組設(shè)置，同一模型中可批量配置七種不同材料相。

三維混凝土細(xì)觀模型通過CAD多面體&過渡區(qū)密堆積3D插件建立，模型中不同粒徑分組的骨料及ITZ均已分圖層，同一模型中最高支持設(shè)置七相不同種類的材料。 通過AutoCAD軟件將骨料、ITZ、水泥砂漿部件分別導(dǎo)出為iges格式文件后，再以部件的形式導(dǎo)入到ABAQUS內(nèi)建立混凝土細(xì)觀有限元三維模型。

，對(duì)于骨料顆粒含量較少時(shí)，是比較適用的，但隨著區(qū)域被顆粒占據(jù)后，嘗試的次數(shù)會(huì)越來越多，就會(huì)導(dǎo)致所需的投遞時(shí)間越長(zhǎng)，甚至進(jìn)入死循環(huán)，雖然引入tryTimes進(jìn)行控制，超過一定嘗試次數(shù)后終止投遞，但無法實(shí)現(xiàn)高含量骨料模型的生成。

檢測(cè)頻率參數(shù)控制在堆積過程中多面體間的碰撞檢測(cè)頻率，增大檢測(cè)頻率可以使密堆積模型更為精確，但會(huì)占用較高的計(jì)算資源。 壓實(shí)距離參數(shù)控制在堆積完成后對(duì)模型中顆粒分布的壓實(shí)，當(dāng)壓實(shí)距離設(shè)置為0時(shí)，可保證多面體在模型上表面分布的均勻性。壓實(shí)時(shí)長(zhǎng)參數(shù)控制壓實(shí)過程持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)度，單位為秒。

ql-align-justify"><br></p><p class="ql-align-justify">視頻演示地址：</p><p class="ql-align-justify"><a href="https://www.yqgqt.org.cn/video/c247239" rel="noopener noreferrer" target="_blank">UD單層層合板細(xì)觀建模插件（重力堆積模型

生成的AutoCAD多面體堆積模型包含多面體及與之適配的長(zhǎng)方體部件。 插件可設(shè)置模型的長(zhǎng)寬高參數(shù)，同時(shí)可設(shè)置三組不同粒徑范圍的多面體顆粒，不同粒徑組的顆粒在CAD內(nèi)分圖層繪制，便于批量化管理，如批量導(dǎo)出或賦值材料、分組進(jìn)行材質(zhì)渲染等。

插件可設(shè)置重力堆積模擬時(shí)長(zhǎng)參數(shù)，到達(dá)設(shè)定的時(shí)間后自動(dòng)將模型輸出到CAD中；同時(shí)可設(shè)置多面體碰撞的檢測(cè)頻率，檢測(cè)頻率設(shè)置越大，堆積狀態(tài)越精確，但會(huì)消耗更多的運(yùn)算時(shí)間。 該插件支持自定義圓柱體模型的直徑及高度，可設(shè)置三組粒徑范圍的多面體顆粒，每組粒徑的多面體可單獨(dú)設(shè)置面數(shù)及個(gè)數(shù)，且可設(shè)置界面層的厚度。

插件建立的球體重力密堆積模型可用于動(dòng)畫演示、科研繪圖渲染、或?qū)階NSYS Workbench、COMSOL、Abaqus CAE等有限元軟件內(nèi)進(jìn)行仿真模擬。 球體重力堆積動(dòng)畫，顆粒沉降模擬。 粒子堆積模型渲染，用于論文科研繪圖。