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插件介紹 CAD球體功能梯度材料3D插件可在AutoCAD內(nèi)建立大小呈現(xiàn)梯度分布的球體及長方體孔隙三維模型。 功能梯度材料（FGM）模型包含大小梯度變化的球體及與之適配的長方體部件，可用于球體材料的梯度分布或梯度多孔結(jié)構(gòu)材料建模。

梯度功能材料（Functionally Graded Materials, FGMs）是一種先進(jìn)的復(fù)合材料，其特點(diǎn)是材料的組成、結(jié)構(gòu)以及孔隙率等特性在某個(gè)方向上呈現(xiàn)連續(xù)或階梯式的漸變。這種變化使得FGM的物理和化學(xué)性能在同一方向上也呈現(xiàn)出相應(yīng)的連續(xù)梯度變化。

功能梯度材料（FGM）作為一種新型復(fù)合材料，通過材料內(nèi)部成分或微觀結(jié)構(gòu)的梯度變化，優(yōu)化特定性能適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境，被廣泛應(yīng)用于高溫防護(hù)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、生物醫(yī)學(xué)、光電設(shè)備等領(lǐng)域。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立功能梯度材料模型。

FGM概念FGM是功能梯度材料（Functionally graded materials）的英文簡稱，也被稱為梯度功能材料。功能梯度材料(FGM)是一種新型非均勻復(fù)合材料,是由性能不同的兩種或多種材料復(fù)合成組分和結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)連續(xù)梯度變化的材料。它要求功能、性能隨內(nèi)部位置的變化而變化，以實(shí)現(xiàn)功能梯度的材料。從本質(zhì)上來講，F(xiàn)GM是一種比較特殊的復(fù)合材料。

本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立三維梯度功能材料多孔結(jié)構(gòu)模型，并對梯度結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行軸心受壓力學(xué)仿真模擬。 三維梯度孔隙結(jié)構(gòu)模型采用CAD球體功能梯度材料3D插件建立，模型建立完成后將梯度孔基體部分導(dǎo)出為iges格式。

本案例介紹在COMSOL建立功能梯度材料FGM幾何模型，并研究激光在通過梯度材料時(shí)的反射情況。 梯度材料模型采用CAD Voronoi FGM V1.0插件生成，CAD模型生成后只保留綠色圖層內(nèi)容作為梯度材料的反射界面。

插件生成的dwg文件可導(dǎo)入到Comsol、Abaqus、ANSYS、Fluent等有限元分析軟件內(nèi)，用于梯度材料（Functionally Gradient Materials，簡稱FGM）、傾斜功能材料、梯度功能材料、分子擴(kuò)散模型、氣體擴(kuò)散、分散系等模型的構(gòu)建。也可用于復(fù)雜的多空材料、孔隙介質(zhì)等模型建立。

傳統(tǒng)的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)模型無法很好地描述這種非局部行為，而應(yīng)變梯度模型通過引入應(yīng)變梯度項(xiàng)，可以更準(zhǔn)確地描述納米材料的力學(xué)行為。 提高了預(yù)測材料性質(zhì)的能力。應(yīng)變梯度模型可以更好地捕捉材料的微觀尺度下的非局部效應(yīng)，從而提高了模型預(yù)測材料力學(xué)性質(zhì)的能力。 可以揭示材料行為的新特性。

一、介紹梯度材料因其結(jié)構(gòu)的特殊性，不僅能夠有效避免尺寸突變引起的性能突變，還能使具有不同特征尺寸的結(jié)構(gòu)相互協(xié)調(diào)，同時(shí)表現(xiàn)出特征尺寸所對應(yīng)的多重作用機(jī)制，可以優(yōu)化材料的整體性能和使役性能。本文介紹了一種梯度晶粒尺寸的多晶體模型的建立方法，需結(jié)合開源軟件Neper（https://neper.info/）使用。

<h1><strong>插件介紹</strong></h1><p>Voronoi FGM 3D (Mesh) V1.0 - AbyssFish 插件可在Abaqus軟件內(nèi)生成梯度分布的三維泰森多邊形長方體模型。插件可用于梯度功能材料(Functionally Gradient Materials)、梯度納米金屬材料、梯度金屬結(jié)構(gòu)等梯度晶體模型的建立。

三維梯度多孔結(jié)構(gòu)（FGM）是一種孔隙率、孔徑等參數(shù)在三維空間內(nèi)呈梯度分布的多孔材料。梯度孔隙結(jié)構(gòu)的研究可優(yōu)化傳熱傳質(zhì)效率，調(diào)控流動路徑，提升能源存儲與材料性能，為復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供關(guān)鍵理論支持。本案例介紹在COMSOL內(nèi)建立三維球體梯度孔隙結(jié)構(gòu)模型，并進(jìn)行滲流仿真模擬。

COMSOL中梯度Voronoi晶粒結(jié)構(gòu)建模，可精準(zhǔn)研究非均勻晶粒對力學(xué)、熱傳導(dǎo)及失效的多物理場影響，為高性能梯度材料設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，助力航空航天與電子領(lǐng)域應(yīng)用，推動微觀-宏觀性能關(guān)聯(lián)研究。本案例介紹在COMSOL內(nèi)建立大小尺寸梯度分布的晶粒結(jié)構(gòu)模型。

將CAD內(nèi)生成的梯度晶粒以dxf草圖的形式導(dǎo)入Abaqus，并用其對建立的部件進(jìn)行分區(qū)。 分區(qū)完成后也可采用Random Material Partition插件對不同區(qū)域隨機(jī)設(shè)置材料及比例。

? 基于黃umat梯度結(jié)構(gòu)晶粒變形模擬 案例實(shí)操 1，建立包含896個(gè)晶粒的梯度多晶模型 2，對多晶模型賦予對應(yīng)的材料屬性 3，X0方向固定，施加X1方向50%工程應(yīng)變的拉伸載荷 4，保留晶界形狀，使用CPE3單元 5，提交與后處理材料數(shù)據(jù) 梯度晶粒幾何模型 模型載荷示意圖 不同時(shí)刻材料的對數(shù)應(yīng)變分布

梯度孔隙3D模型采用CAD球體功能梯度材料3D插件建模，AutoCAD參數(shù)化建模完成后將多孔結(jié)構(gòu)梯度模型導(dǎo)出為sat格式文件。 在ANSYS Workbench內(nèi)選擇與研究相適應(yīng)的分析系統(tǒng)，并在幾何結(jié)構(gòu)下導(dǎo)入梯度孔隙幾何模型。

在實(shí)際工程中，有限元方法形成的剛度系數(shù)以對稱正定居多，但是實(shí)際上也存在非對稱的可能，例如，當(dāng)材料本構(gòu)采用摩爾-庫倫本構(gòu)時(shí)，其形成的剛度矩陣就有可能會是非對稱的，此時(shí)如果是使用商業(yè)軟件，應(yīng)當(dāng)在軟件中選擇非對稱求解器。如果是自主編程且采用迭代法求解線性方程組，則需要找到一種適用于非對稱矩陣的求解方法。

<p><strong>功能說明</strong></p><p>插件可在AutoCAD軟件內(nèi)生成指定梯度分布的Voronoi圖形，用于功能梯度材料、變晶粒Voronoi圖，加權(quán)泰森多邊形等方面的幾何建模。

構(gòu)件材料越厚，需要的恒溫時(shí)間越長。 室內(nèi)溫度梯度：測量室溫度一般會存在溫度梯度，儀器難以通過溫度補(bǔ)償徹底消除溫度梯度的影響，只能要求客戶溫度梯度達(dá)到允許范圍。熱膨脹系數(shù)小的材料，溫度梯度的影響也越小。 溫度變化：測量室人員出入、人數(shù)變化（人體就是熱源）等因素，也可以影響測量室溫度場，使用熱膨脹性更低的材料（如花崗巖、陶瓷），可以有效降低此影響。

圖17.生物基聚合物- SA復(fù)合材料的制備工藝。 2.2.3 梯度SA-TIMs 梯度SA-TIMs是密度連續(xù)變化的SA復(fù)合材料，并表現(xiàn)出相應(yīng)的物理性質(zhì)變化，如折射率、孔隙率和介電常數(shù)，與密度相關(guān)。

二、“接觸角（表面潤濕性）梯度”導(dǎo)致的液滴自輸運(yùn) （一）二維模型1.模型的建立如圖1所示，建立二維模型。模型整體為寬8毫米、高2毫米的矩形，其中半圓部分為液滴，周圍為空氣。與液滴接觸的壁面設(shè)置成是梯度潤濕壁面，最左端接觸角為90度，最右端接觸角為70度。空氣和液滴所使用的材料物性參數(shù)直接調(diào)用COMSOL的內(nèi)置材料Air和Water, liquid。