使用WELSIM生成复杂几何模型的粒子

随着现代工程仿真的发展，粒子仿真也越来越多的被工业届接受。粒子相关的计算和软件在各个工程和科学领域都有出现。除了单纯的粒子计算，如分子动力学计算，还有与有限元等连续介质计算方法耦合，实现更为精巧的计算。如SPH方法计算流体和沙石颗粒的运动。随之，人们对粒子计算的要求也不断提高。而生成粒子是所有计算的第一步，也是整个计算的关键一环。因此，生成粒子的算法和实现过程，就显得尤为重要了。作者曾讨论过生成粒子的数值方法，参见《自动化生成仿真粒子的方法》一文。

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生成简单几何模型，如立方体，的粒子并不难，但是当粒子区域轮廓变得复杂时，生成粒子就变得困难了。目前市场可以生成任意轮廓粒子的软件并不多，WELSIM已经可以很好的实现这点，并输出为外部文件，用于其他软件的计算。本文就如何在WELSIM下生成粒子，做一个简要介绍。

1. 打开WELSIM软件，并导入一个STEP几何模型。这里导入一个带有圆孔的圆柱体。并将几何体的创建粒子（Create Particles）属性设为真。

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2. 点击网格划分按钮，便可自动生成粒子。此设置下，生成了441个粒子。

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3. 如果想得到密度更高的粒子，可以修改网格设置属性中的最大单元尺寸（Maximum Size）值。当把值改为0.01时，粒子的密度会增加。

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4. 粒子数量增加后，为了显示更为清楚，可以调整粒子显示大小。点击网格节点的三维视图（3D View），设置粒子尺寸（Particle Size）值即可，这里设为0.001。

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此时，可以看到生成了更多的粒子，数量达到16,060。因此，使用WELSIM可以方便快捷地生成任意密度的粒子。

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5. 粒子生成工作已经完成。下一步来导出粒子文件。右键点击Mesh节点，从弹出菜单中选择导出粒子（Export Particles）。

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6. 在导出对话框中，输入文件名称和类型。目前已经支持了VTK PolyData格式，以后版本中，会增加更多的导出格式。

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导出文件可以被其他软件读取并使用。如图所示，使用ParaView读取此文件的显示结果。

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总结

本文介绍了如何使用WELSIM生成粒子的方法步骤。用户只需导入STEP格式的几何体，通过类似自动化网格划分的方式，快速得到各种不同密度的粒子。本文中使用的几何模型较为简单，复杂的几何体也可以同样的方式得到粒子。同时，提供了粒子数据导出功能，用户可以将生成的粒子用于其他软件的计算。粒子生成功能已经存在2025R3版中，会在后续的版本中不断增强和改进。

WelSim与作者和ParaView开发者没有直接关系。这里引用ParaView仅用作技术博客文章与软件使用的参考。