自研工具| 自研机织复合材料建模网格一体化软件

关键词：三维机织，浅交弯联，浅交直联，蜂窝机织，网格，参数化，ABAQUS

1. 三维机织复合材料建模软件

去年我们开发了两套 三维机织复合材料建模软件：

1.1 嵌入式约束思想的建模

功能：

（1） 纤维束和基体分开建网格，在ABAQUS中进行嵌入式约束完成耦合；

（2） 建模结果为ABAQUS inp文件，可以直接导入ABAQUS中使用。

原理：

直接根据几何特点做网格，而不是先有CAD几何。当然，这需要了解网格的构造原理。ABAQUS的六面体网格，只要知道构造网格的8个节点和排序规律，就可以用一行字符创建出网格。

类比到修真世界，就是口诀（代码）+符咒（字符串）+阵法（数据排布）。

机织复合材料看似复杂、几何参数多。但是由于周期性排布的特点，总能找到一个代表性单元。只要把握住这个代表性单元，就完成了一般的工作。

只要是经纬排布的纱线，我们总可以找到这样一个基础纱线轨迹（红色线）：

然后用这个基础轨迹，作对称、平移等等，得到更大尺寸和更多数量的结构：

再之后就是将纱线截面沿着轨迹扫掠，边扫掠，边得到网格：

同时，根据轨迹生成材料局部坐标系：

1.2 体素思想的建模

之前已经能够得到光滑的纤维网格了，所以体素方法很简单。只需要从均匀的基体网格中判断，哪些单元被已有的纤维网格包裹了，就可以得到纤维的体素网格。

实际上，体素方法本身并不高端，它本质是暴力搜索的方法。从技术上来说，没有什么美感。

唯一需要注意的是，为了保证纤维足够的特征，我们需要先创建大规模的基体单元。我目前测试下来，对于单胞级的，最好也要有100W网格。暴力搜索方法就会很慢。我想这也是不少人反映TexGen网格生成慢的原因之一。

当然可以有一些加速方法，比如先做预处理，构建八叉树提升检索速度，或者使用并行等等。但这也改变不了体素方法本身慢、且不适应于大尺度模型的特点。

除此之外，在检索的时候，还要做局部材料坐标系匹配。在生成inp文件的时候，需要自动定义两种材料和set以区分纤维和基体。

输入尺寸、材料参数，导入铺层表，软件可以自动分配材料局部坐标系，完成层合板建模，生成的inp可以导入ABAQUS中使用。

2. 机织蜂窝复合材料建模软件

近年，有学者提出机织蜂窝结构，就是通过织造技术，得到蜂窝状的结构。

如此复杂的模型即便用TexGen也是很难创建成功。立体织物说回单胞，都知道周期性的，似乎只要周期性排列就能创建全尺寸模型。

但是，一旦模型里面存在不同的胞元，胞元和胞元之间的对接就成了大问题。

所以必须要解决旋转、不同胞元之间的对接问题。至于三维网格，倒不是大事，我们上面基于截面扫掠思路得的的三维渲染，稍微改进一下就能得到三维网格了。

基体的网格，我们采用了体素的思路，简单讲就是从一堆网格里面抠出来。