交通系统具有复杂性和不确定性,涉及要素颇多,其中交通基础设施建设和交通工具制造所需的材料是一个重要要素,传统的材料分析方法难以进行科学直观地分析。基于物理的计算机仿真技术综合多个学科,依托严格的数学物理理论,可以低成本、高真实感地再现材料各参数要素之间的关系,为分析和改进交通材料提供了一种强有力的工具。有限元方法由于其仿真的高真实感,是基于物理的计算机仿真技术模拟可形变物体常用的仿真方法。然而,现有的材料模型设计方法缺乏一个直观且易于用户编辑的各向异性弹性材料模型,以控制弹性体的形变效果。并且存在参数较多、复杂难以计算、仿真效果不易控制和仿真不稳定等问题。针对上述问题,本文首先提出了一个基于虚拟材料纤维的各向异性弹性材料模型,利用该模型可以任意设计各向同性和各向异性弹性材料。由于各向异性具有依赖方向的性质,而各向同性只是各向异性的一种特殊情况,所以将材料结构模型定义为沿着某些虚拟材料纤维的形变产生的应变能密度函数之和,通过在虚拟材料纤维上设置不同的应变能密度函数,来控制不同虚拟材料纤维上的力学特性。其中应变能密度函数和虚拟材料纤维的方向及数量均可由用户根据需求自行定义。该设计方法非常直观,且参数较少。针对该材料模型,本文提出了相对应的虚拟材料纤维设置的建议,即均匀选取和正向选取。此外,本文还探讨了虚拟材料纤维的内部弹性能与弹性模量之间的关系,论证了如何通过设置虚拟材料纤维来仿真各向同性、正交各向异性以及各向异性材料。并且本文进一步证明了基于虚拟材料纤维的各向异性弹性材料模型能够保证刚度矩阵的对称性,这是快速有限元仿真的重要稳定性条件之一。最后,本文通过多组实验证明本文所提出的材料设计算法稳定,易于编辑,能够稳定的仿真弹性材料。实验结果表明,基于虚拟材料纤维的各向异性弹性材料模型是一个更全面、更具概括性的模型,可以同时仿真各向同性和各向异性弹性材料,符合现实材料的物理复杂性。