基于AI-有限元融合的复合材料多尺度建模与性能预测前沿技术大纲
要点
内容
关键理论与软件
二次开发使用方法
1. 基础理论：
1.1.复合材料均质化理论（Eshelby方法、代表性体积单元RVE）论文详述
1.2.有限元在复合材料建模中的关键问题（网格划分、周期性边界条件）
1.3.神经网络基础与迁移学习原理（DNN、CNN、Domain Adaptation）
1.4.纤维复合材料的损伤理论（Tsai-Wu准则、Hashin准则）
实践1：软件环境配置与二次开发方法实践
u ABAQUS/Python脚本交互（基于论文中RVE建模案例）
u ABAQUS GUI操作与Python脚本自动化建模
u 输出应力-应变场数据的文件格式标准化
u ABAQUS二次开发框架搭建
u 基于ABAQUS二次开发程序的Hashin/Tsai-Wu失效分析有限元实践
u TexGen软件安装及GUI界面操作介绍、Python脚本参数化方法
u 三维编织/机织纤维复合材料几何模型及网格划分方法
多尺度建模与数据生成方法
2. 复合材料多尺度建模与仿真分析方法
2.1.多相复合材料界面（纤维/基质界面）理论机理（Cohesive模型）
2.2.连续纤维复合材料RVE建模（纤维分布算法、周期性边界条件实现）
2.3.参数化设计：纤维体积分数、纤维直径随机性等对性能的影响
2.4.双尺度有限元仿真方法原理及理论（FE2方法）
2.5.直接双尺度有限元仿真方法原理及理论方法（Direct FE2方法）
实践2：大批量仿真分析与数据处理方法
u 考虑界面结合（Cohesive模型）的复合材料分析模型建立
u 基于Python的ABAQUS批量仿真（PyCharm嵌入ABAQUS计算内核）
u 基于PowerShell调用Python FEA脚本解决动态内存爆炸问题
u 控制纤维体分比的纤维丝束生成算法（RSE）
u 编写脚本生成不同纤维排布的RVE模型
u 输出训练数据集（应变能密度、弹性等效属性等）
u ABAQUS实现Direct FE2方法仿真分析（复合材料）
深度学习模型构建与训练
3. 深度学习模型设计：
3.1.基于多层感知机（DNN）的训练预测网络
3.2.基于卷积神经网络（CNN）的跨尺度特征提取网络（ResNet/DenseNet）
3.3.复合材料的多模态深度学习方法（结构特征提取+材料属性）
3.4.三维结构（多相复合材料/单相多孔材料）的特征处理及预测方法
3.5.物理信息神经网络（PINN）：将物理信息融合到深度学习中
3.6.迁移学习策略：预训练模型在新型复合材料中的参数微调
实践3：代码实现与训练
u 深度学习框架PyTorch/TensorFlow模型搭建
u 构建多层感知机（DNN）的训练预测网络
u 数据增强技巧：对有限元数据进行噪声注入与归一化
u 构建二维结构的特征处理及预测网络（CNN—ResNet/DenseNet）+多模态学习预测
u 构建三维结构的特征处理及预测网络（三维卷积神经网络）
u 建立物理信息神经网络（PINN）学习预测模型
迁移学习与跨领域应用
4. 迁移学习理论深化
4.1.归纳迁移学习与迁移式学习理论深入详解与应用
4.2.归纳迁移学习在跨领域学习预测中的应用
4.3.领域自适应（Domain Adaptation）在材料跨尺度预测中的应用
4.4.案例：碳纤维→玻璃纤维、树脂基质→金属基质的性能预测迁移
实践4：基于预训练模型的迁移学习
u 迁移学习神经网络模型的搭建
u 归纳学习方法：加载预训练模型权重，针对新材料类型进行微调
u 领域自适应：使用领域自适应方法预测未知新材料相关属性
u 使用TensorBoard可视化训练过程与性能对比
实践5：端到端复合材料性能预测系统开发
u 参数化建模→有限元计算→神经网络预测→结果可视化全流程实现
要点
内容
关键理论与软件
二次开发使用方法
1. 基础理论：
1.1.复合材料均质化理论（Eshelby方法、代表性体积单元RVE）论文详述
1.2.有限元在复合材料建模中的关键问题（网格划分、周期性边界条件）
1.3.神经网络基础与迁移学习原理（DNN、CNN、Domain Adaptation）
1.4.纤维复合材料的损伤理论（Tsai-Wu准则、Hashin准则）
实践1：软件环境配置与二次开发方法实践
u ABAQUS/Python脚本交互（基于论文中RVE建模案例）
u ABAQUS GUI操作与Python脚本自动化建模
u 输出应力-应变场数据的文件格式标准化
u ABAQUS二次开发框架搭建
u 基于ABAQUS二次开发程序的Hashin/Tsai-Wu失效分析有限元实践
u TexGen软件安装及GUI界面操作介绍、Python脚本参数化方法
u 三维编织/机织纤维复合材料几何模型及网格划分方法
多尺度建模与数据生成方法
2. 复合材料多尺度建模与仿真分析方法
2.1.多相复合材料界面（纤维/基质界面）理论机理（Cohesive模型）
2.2.连续纤维复合材料RVE建模（纤维分布算法、周期性边界条件实现）
2.3.参数化设计：纤维体积分数、纤维直径随机性等对性能的影响
2.4.双尺度有限元仿真方法原理及理论（FE2方法）
2.5.直接双尺度有限元仿真方法原理及理论方法（Direct FE2方法）
实践2：大批量仿真分析与数据处理方法
u 考虑界面结合（Cohesive模型）的复合材料分析模型建立
u 基于Python的ABAQUS批量仿真（PyCharm嵌入ABAQUS计算内核）
u 基于PowerShell调用Python FEA脚本解决动态内存爆炸问题
u 控制纤维体分比的纤维丝束生成算法（RSE）
u 编写脚本生成不同纤维排布的RVE模型
u 输出训练数据集（应变能密度、弹性等效属性等）
u ABAQUS实现Direct FE2方法仿真分析（复合材料）
深度学习模型构建与训练
3. 深度学习模型设计：
3.1.基于多层感知机（DNN）的训练预测网络
3.2.基于卷积神经网络（CNN）的跨尺度特征提取网络（ResNet/DenseNet）
3.3.复合材料的多模态深度学习方法（结构特征提取+材料属性）
3.4.三维结构（多相复合材料/单相多孔材料）的特征处理及预测方法
3.5.物理信息神经网络（PINN）：将物理信息融合到深度学习中
3.6.迁移学习策略：预训练模型在新型复合材料中的参数微调
实践3：代码实现与训练
u 深度学习框架PyTorch/TensorFlow模型搭建
u 构建多层感知机（DNN）的训练预测网络
u 数据增强技巧：对有限元数据进行噪声注入与归一化
u 构建二维结构的特征处理及预测网络（CNN—ResNet/DenseNet）+多模态学习预测
u 构建三维结构的特征处理及预测网络（三维卷积神经网络）
u 建立物理信息神经网络（PINN）学习预测模型
迁移学习与跨领域应用
4. 迁移学习理论深化
4.1.归纳迁移学习与迁移式学习理论深入详解与应用
4.2.归纳迁移学习在跨领域学习预测中的应用
4.3.领域自适应（Domain Adaptation）在材料跨尺度预测中的应用
4.4.案例：碳纤维→玻璃纤维、树脂基质→金属基质的性能预测迁移
实践4：基于预训练模型的迁移学习
u 迁移学习神经网络模型的搭建
u 归纳学习方法：加载预训练模型权重，针对新材料类型进行微调
u 领域自适应：使用领域自适应方法预测未知新材料相关属性
u 使用TensorBoard可视化训练过程与性能对比
实践5：端到端复合材料性能预测系统开发
u 参数化建模→有限元计算→神经网络预测→结果可视化全流程实现
