基於 CT 影像進行拉脹泡沫的 3D 建模與有限元分析
概述
拉脹材料具有負蒲松比，因此它們在拉伸時會向各個方向膨脹。拉脹泡沫的高解析度 3D 掃描數據是從華盛頓大學的同步加速器設施獲得的。 使用 Simpleware ScanIP 和 Simpleware FE 模組自動對資料進行分割和網格劃分。 使用 Ansys Fluent 和 LS-DYNA 等 CAE 軟體進行模擬。
亮點
- 基於 Synchrotron XMT 掃描資料（3μm 解析度）
- 自動分割和網格生成
- 從影像到模型只需不到 10 分鐘
- 對固體和空氣域進行多部分網格劃分，並將模型用於結構和流體流動模擬
影像處理
將拉脹泡棉的高解析度 micro-CT 掃描 (3μm) 匯入到 Simpleware ScanIP 中，對背景影像進行降噪處理，並使用自動閾值工具對主要區域進行分割，兩個遮罩代表泡沫和提取出的周圍空氣。
圖：Simpleware ScanIP 中 micro-CT 的泡棉分割
網格生成
Simpleware FE 能夠在幾分鐘內產生用於有限元素分析的多部分網格，軟體保證接觸表面處的節點和元素匹配，在材質的邊界處也建立了節點集，支援多種可以匯出至 Ansys Fluent 和 LS-DYNA 等 CAE 軟體的網格模型格式。
圖：Simpleware FE 中拉脹泡沫的多部分網格
模擬
在最後進行有限元素和流體流動模擬。使用 CAE 軟體執行結構分析，顯示材料內的彈塑性，在 Fluent 中運行流體流動模擬，顯示通過空氣域的流速和流固耦合作用，最後使用 LS-DYNA 進行衝擊模擬，以顯示動態負載下泡棉的變形。
圖：LS-DYNA 中的拉脹泡沫模擬：彈塑性壓縮、拉伸和剪切
參考資料
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