周期性 RVE 几何建模：复合材料单胞自动化生成插件 原创

图 1. 插件GUI界面（可输入基体尺寸，纤维直径，长度，纤维体积分数，短纤维/连续纤维，设置纤维方向）

一、纤维拓扑形态的定义

    为适应不同分析层次的需求，插件将纤维的几何拓扑与空间取向解耦。通过Fibre Form选项可切换短纤维与连续纤维两种模式。

    当选用连续纤维时，程序调用超限切削逻辑：先在计算基体尺寸后，使纤维初始生成时超出边界，随后通过全局布尔运算切除外部多余几何体。这一处理方式使得所有纤维端面与基体表面具备一致的平齐度，避免了切割面阶差对周期性网格对齐造成的影响。

图 2. 连续纤维（左图）和短纤维（右图）周期性单胞

二、纤维空间分布算法

    插件内置了两种空间拓扑分布方式：

• 正交约束排布：控制纤维沿指定的X、Y或Z方向对齐，适用于单向板类RVE的构建；
• 三维随机分布（Random 3D）：采用球面投影与随机变量正弦变换生成取向向量，保证空间方向无统计偏置。通过干涉检测算法，在较高体积分数条件下仍能保持一定的生成成功率。

图 3. 沿X方向连续纤维分布（左图）和随机方向连续纤维分布（右图）周期性单胞

三、布尔运算的容差处理

    针对ACIS引擎在绝对平行条件下布尔运算易失败的问题，程序中引入了非稳态判定与自适应微扰机制。当执行X/Y/Z方向的正交对齐切削时，若检测到几何容差逼近临界值，程序向纤维轴向注入极小幅度的方向偏移。该偏移量低于网格特征尺寸，对力学行为的影响可忽略，但能够打破几何引擎的平行死锁状态，使布尔运算顺利完成。

图 4. 四面体网格划分效果：左图为纤维丝，右图为单胞

四、插件使用方法

4.1. 将插件文件夹复制至Abaqus插件目录abaqus_plugins，例如：

D:\ABAQUS2023\product\win_b64\code\python2.7\lib\abaqus_plugins

4.2. 启动Abaqus，无需预先创建模型。点击Plug-ins → Periodic RVE Generator，在界面中依次设置：

• Matrix Dimensions：输入基体长、宽、高；
• Fibre Parameters：指定目标体积分数（0~1）、纤维直径及长度范围；
• Fibre Form & Orientation：选择纤维形态（短纤维/连续纤维）及排布方向（X/Y/Z或Random 3D）。
• 点击OK后，插件自动完成几何建模、布尔切削、材料截面分配、Element Set分组。

图 5. 插件GUI交互页面

五、获取与授权说明

• X、Y、Z方向的短纤维及连续纤维生成功能完全开放，无需额外授权。
• Random 3D三维随机分布功能采用机器码授权机制。首次在未激活状态下运行该功能时，Abaqus信息提示区将显示当前电脑的机器码。

图 6. 消息区弹出机器码截图

      如需使用Random 3D功能，可将机器码通过后台发送，有条件获取对应的license.key文件。将该文件放入插件目录并重启Abaqus后，功能限制解除。

      基础版本插件获取方式：点赞 + 推荐 + 关注公众号，后台私信回复 「RVE插件」，即可免费领取基础版安装包和详细使用教程。