NetDEM Python API 参考文档 - FEM模块

本文档提供了NetDEM软件中有限元法(FEM)相关的Python API接口说明。

目录

FEMSimulator

FEMSimulator是一个用于模拟物体变形的有限元方法(FEM)求解器。它使用四面体单元进行三维变形模拟，支持Neo-Hookean材料模型。

属性

属性名 类型 默认值 描述
neo_k float 6.94e5 Neo-Hookean材料的体积模量
neo_mu float 5.21e5 Neo-Hookean材料的剪切模量
density float 500.0 材料的密度
damp_coef float 0.7 运动阻尼系数
gravity_coef Vec3d (0.0, 0.0, 0.0) 重力加速度向量
timestep float 1.0e-4 时间步长
nodes list[Vec3d] - 四面体网格的当前节点位置
elements list[Vec4i] - 四面体网格的单元（每个单元由4个节点索引定义）
nodes_ref list[Vec3d] - 四面体网格的初始参考节点位置
bound_facets list[Vec3i] - 边界表面的三角形面片（每个面片由3个节点索引定义）
bound_nodes list[int] - 边界表面上的节点索引列表
elemental_vol list[float] - 每个四面体单元的体积

方法

方法名 参数 返回值 描述
__init__ 无 - 创建一个新的FEMSimulator实例

TetMesh

TetMesh是一个用于表示和管理四面体网格的类。它可以从STL模型或节点-面片数据生成四面体网格。

属性

属性名 类型 描述
nodes list[Vec3d] 网格节点的位置列表
elements list[Vec4i] 四面体单元的节点索引列表
bound_facets list[Vec3i] 边界表面三角形面片的节点索引列表
bound_edges list[Vec2i] 边界边的节点索引列表
bound_nodes list[int] 边界节点的索引列表
surface_nodes list[int] 表面节点的索引列表
surface_facets list[Vec3i] 表面三角形面片的节点索引列表
surface_node_linked_boundaries list[int] 表面节点与边界的连接关系

方法

方法名 参数 返回值 描述
__init__ 无 - 创建一个空的TetMesh实例
__init__ stl_model: STLModel, mesh_size: float - 从STL模型创建四面体网格，指定网格单元的目标尺寸
__init__ nodes: list[Vec3d], facets: list[Vec3i], mesh_size: float - 从节点和表面面片创建四面体网格，指定网格单元的目标尺寸
GetSurfaceSTL 无 STLModel 获取网格表面的STL模型表示
SaveAsVTK file_name: str - 将网格保存为VTK文件
Init 无 - 初始化网格，计算边界信息和表面信息

Membrane

Membrane是一个用于模拟薄膜的类，使用三角形单元进行二维变形模拟，支持Neo-Hookean材料模型。

属性

属性名 类型 默认值 描述
radius float 0.25 薄膜的半径
height float 1.0 薄膜的高度
mesh_size float 0.1 网格单元的目标尺寸
center Vec3d (0, 0, 0) 薄膜的中心位置
neo_k float 6.94e5 Neo-Hookean材料的体积模量
neo_mu float 5.21e5 Neo-Hookean材料的剪切模量
density float 500.0 材料的密度
thickness float 0.3e-3 薄膜的厚度
damp_coef float 0.7 运动阻尼系数
timestep float 1.0e-4 时间步长
nodes list[Vec3d] - 三角形网格的节点位置
elements list[Vec3i] - 三角形网格的单元（每个单元由3个节点索引定义）
elemental_stress list[Vec3d] - 每个三角形单元的应力
nodal_vols list[float] - 每个节点的等效体积（用于集中质量法）
nodal_vels list[Vec3d] - 每个节点的速度
bc_facet_pressure list[float] - 施加在边界边上的压力
bc_facet_forces list[Vec3d] - 施加在边界边上的力
bc_nodal_vels list[Vec6d] - 边界节点的预设速度和约束条件

方法

方法名 参数 返回值 描述
__init__ radius: float, height: float - 创建一个新的Membrane实例
__init__ radius: float, height: float, mesh_size: float - 创建一个新的Membrane实例，指定网格尺寸
__init__ radius: float, height: float, mesh_size: float, center_x: float, center_y: float, center_z: float - 创建一个新的Membrane实例，指定所有参数
Remesh ele_size: float - 使用新的单元尺寸重新生成网格
SetBCNodalVelocity nid: int, vx: float, vy: float, vz: float, use_prescribed_vx: bool, use_prescribed_vy: bool, use_prescribed_vz: bool - 设置边界节点的预设速度和约束条件
Init 无 - 初始化薄膜，生成网格并设置初始条件
Solve dt: float - 求解一个时间步长的变形
SaveAsVTK file_name: str - 将模拟结果保存为VTK文件

DeformableParticle

DeformableParticle是一个表示可变形颗粒的类。

方法

方法名 参数 返回值 描述
__init__ 无 - 创建一个新的DeformableParticle实例
Clone 无 DeformableParticle 创建当前颗粒的副本
SetShape shape: Shape - 设置颗粒的形状
SetDensity density: float - 设置颗粒的密度
SetPosition pos: Vec3d - 设置颗粒的位置
SetRodrigues rod: Vec3d - 设置颗粒的Rodrigues旋转向量
SetQuaternion quat: Vec4d - 设置颗粒的四元数
SetVelocity vel: Vec3d - 设置颗粒的速度
GetVelocity 无 Vec3d 获取颗粒的速度
AddForce force: Vec3d - 给颗粒添加力
ClearForce 无 - 清除颗粒上的所有力
ApplyContactForce contact: ContactPP - 应用颗粒-颗粒接触力
ApplyContactForce contact: ContactPW - 应用颗粒-墙接触力
UpdateMotion dt: float - 更新颗粒的运动
UpdateShape 无 - 更新颗粒的形状
UpdateBound 无 - 更新颗粒的边界
SaveSurfaceAsVTK file_name: str - 将颗粒表面保存为VTK文件
SaveAsVTK file_name: str - 将颗粒保存为VTK文件