两种复合材料几何建模算法-计算机辅助设计与图形学学报

第27 卷 第 1 期 计算机辅助设计与图形学学报 Vol. 27 No.1

2015 年 1 月 Journal of Computer-Aided Design & Computer Graphic Jan. 2015

两种复合材料几何建模算法

1,2) 1) 2,3) 1,2)

崔文凯 , 冯仰德 , 纪国良 , 李婵怡

1) ( 中国科学院计算机网络信息中心超级计算中心 北京 100190)

2) ( 中国科学院大学 北京 100190)

3) ( 中国科学院自动化研究所模式识别国家重点实验室 北京 100190)

(cuiwk1990@163.com)

摘 要: 复合材料几何模型可用于计算其物理性能和力学性能. 对于随机分布的椭球颗粒复合材料和三维编织复合

材料提出几何建模方法. 首先针对随机分布颗粒为椭球的情况进行了阐述, 对现有生成椭球颗粒分布样本的方法进

行改进, 消除了随机颗粒重叠的情况; 为了应用多尺度有限元方法, 对单胞边界之外的椭球进行处理, 得到基体和

增强体的边界. 另外, 针对三维四向编织方法, 在纤维束不重叠并尽可能排列紧密的情况下给出了构建每根纤维束

的运动规律. 最后通过实例验证了该方法的有效性.

关键词：几何建模; 单胞; 随机颗粒; 三维编织材料; 网格剖分

中图法分类号：TP391

Geometry Modeling Algorithm of Two Composites Materials

Cui Wenkai1,2), Feng Yangde1), Ji Guoliang1,3), and Li Chanyi1,2)

1) (Supercomputing Center, Computer Network Information Center, Chinese Academy of Science, Beijing 100190)

2) ( University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190)

3) (National Laboratory of Pattern Recognition, Institute of Automation Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190)

Abstract: Geometry model of composites materials could be used to calculate its physical and mechanical

properties. In this paper, a geometry modeling algorithm for composite materials with randomly distributed

ellipsoidal grains and three dimensional braided composites is proposed. Firstly, we use ellipsoids to repre-

sent grains and modify the original samples of randomly distributed grains to remove overlapped ones. Then,

in order to apply multi-scale finite element method, the ellipsoids outside the boundaries of the unit cell is

handled to obtain the boundaries of matrix and reinforcement. For 4-step rectangular th