体素建模在复合材料细观力学分析中的应用【文末送模型】

端午安康

体素化(Voxelization)是将物体的几何特征以体素的形式来表征，其不仅包含模型的表面信息，还能描述模型内部属性。体素(Voxel)可以理解为二维像素在三维空间的拓展，它们由一组分布在正交网格中的立方体单元组成。基于体素的三维模型在医学影像、流体力学、碰撞检测、地形造型和机械零件造型和制造等领域有广泛的应用。

体素化模型的精度取决于体素的大小，体素越小，对模型边界、表面几何特征的描述越精细。

刀具原始几何

2mm体素

1.5mm体素

1mm体素

0.5mm体素

体素有限元模型在复合材料细观力学中的应用

复合材料细观分析一般有两种网格离散方法：

一种是基于细观实际几何形状划分网格，这类建模对几何的边界逼近程度准确，但网格不规则，如下图所示的平稳编织织物，纤维束尚可以采用六面体单元离散，但剩余的基体就只能以四面体单元离散。

平纹编织织物RVE

基于纤维束几何划分网格

挖除纤维之后的基体

基体四面体单元离散

另一种网格离散方法就是体素离散，该类离散方法单元均是规则的六面体，但对几何的边界逼近程度较低，几何表面均为锯齿状，体素越小，对几何边界的逼近程度越高。

平纹织物RVE体素模型

纤维束体素建模

基体体素建模

类似地，单向板或其他复杂细观力学模型也可以采用体素建模。

单向板细观力学模型体素建模

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