骨料
關注創建者：更生 創建時間：2019-03-17
骨料的視頻教程
三維細觀隨機骨料混凝土數值模擬/python前處理建立隨機骨料混凝土
細觀混凝土模型可將混凝土看作由骨料、砂漿和兩者之間的界面過渡區（itz），以及其他組分等組成的多相復合模型。本視頻為最入門的三維隨機球體骨料細觀混凝土模型，模型組成如圖示。 視頻以混凝土立方體靜力抗壓試驗為例進行教學，在ABAQUS中運行腳本后可以輸入混凝土模型參數：混凝土長寬高、保護層厚度、隨機骨料粒徑范圍、骨料率和itz厚度。
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ABAQUS細觀混凝土骨料砂漿ITZ三相建模(Python二次開發)
ABAQUS細觀混凝土骨料砂漿ITZ三相建模(Python二次開發)： 1. Python實現球形骨料批量化賦予材料屬性并區別于砂漿材性； 2. 骨料砂漿二相組成細觀混凝土網格劃分； 3. Python將骨料限制在混凝土邊界內的快速高效算法； 4. Python對砂漿塊批量摳除骨料后再與骨料合并； 5. 細觀混凝土網格部分截取作圖技巧； 6.
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ABAQUS混凝土細觀隨機多面體骨料建模 (Python二次開發)
隨機多面體3D線框構成隨機多面體3D封閉面，再轉換成3D隨機多面體骨料實體； 6. 單個隨機多面體骨料幾何要素計算（包括體積、表面積和質心等）； 7. 單個隨機多面體骨料空間最長距離計算，用于投放時判斷相交； 8. 隨機凹凸多面體骨料空間投放、相交判斷（滿足固定骨料體積比）； 9. 內含隨機多面體骨料的細觀混凝土外輪廓繪制； 10.
￥498 6小時1分鐘 11891播放
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骨料的實例教程
? 二維——多邊形骨料（再生骨料）
可控參數：模型尺寸，顆粒占比，級配范圍（體積分數+顆粒大小），可加邊界（一層及以上均可），再生骨料可控制其比例，骨料間距可設置，多邊形可控制凹凸性，投放比例最高可達80%。
? 二維——疊層骨料（左右為多邊形，中間為橢圓）
可控參數：模型尺寸，總顆粒占比，橢圓或者多邊形所占比例，級配范圍（體積分數+顆粒大小），可加邊界（一層及以上均可），再生骨料可控制其比例，多邊形可控制凹凸性，橢圓長徑比可調控，投放比例最高可達80%，疊層位置可控。
? 三維——球骨料
可控參數：模型尺寸，顆粒占比，級配范圍（體積分數+顆粒大小），可加邊界（一層及以上均可），再生骨料可控制其比例，投放比例根據級配會有所變化。
? 二維——邊界為特殊形狀，內嵌骨料可選
可控參數：模型尺寸，總顆粒占比，橢圓或者多邊形所占比例，級配范圍（體積分數+顆粒大小），可加邊界（一層及以上均可），再生骨料可控制其比例，多邊形可控制凹凸性，橢圓長徑比可調控，投放比例最高可達80%。
? 三維——隨機分布纖維
可控參數：模型尺寸，纖維數量或者體積分數，級配范圍（纖維直徑、長度+纖維數量），可加邊界（目前未做），也可做成空心管（目前未做），投放比例根據級配會有所變化，纖維可選為實體或者線（桿單元），纖維傾角可控，纖維之間進行重疊檢測。
? 三維——橢球骨料
可控參數：模型尺寸，總顆粒占比，級配范圍（體積分數+顆粒大小），可加邊界（一層及以上均可），再生骨料可控制其比例，橢圓長徑比可調控，投放比例根據級配變化。
? 二維——橢圓骨料
可控參數：模型尺寸，總顆粒占比，級配范圍（體積分數+顆粒大小），可加邊界（一層及以上均可），再生骨料可控制其比例，橢圓長徑比可調控，投放比例最高可達80%。
展開 二維骨料填充模型
1.1 矩形骨料填充模塊
用于在矩形邊界內填充矩形骨料，矩形骨料長度可按范圍指定，同時可控制矩形骨料間的最 小間距(如果為負數，則表示矩形可相交)。
圖1.1 二維矩形骨料填充模塊
1.2 橢圓骨料填充模塊
用于在矩形邊界內填充橢圓骨料。
圖1.2 二維橢圓骨料填充模塊
1.3 圓形骨料填充模塊
1.3.1 矩形邊界圓形骨料填充模塊
用于在矩形邊界內填充圓形骨料，支持指定圓形骨料尺寸范圍。
圖1.3 二維圓形骨料填充模塊(矩形邊界)
1.3.2 圓形邊界圓形骨料填充模塊
用于在圓形邊界內填充圓形骨料，支持指定圓形骨料尺寸范圍。
圖1.4 二維圓形骨料填充模塊(圓形邊界)
1.3.3 雙層圓形骨料填充模塊
用于在矩形邊界內填充雙層圓形骨料，每一種尺寸骨料可帶一個偏置層（如指定0，則表示不附加偏置層）。
圖1.5 二維雙層圓形骨料填充模塊
2. 三維骨料填充模型
2.1 纖維填充模塊
用于在長方體邊界內隨機填充纖維，可控制纖維長度在某一范圍內變化，同時可控制纖維間的最小間距。
圖2.1 三維纖維填充模塊
2.2 圓柱骨料填充模塊
用于在長方體邊界內隨機填充圓柱骨料，可控制骨料長度在某一范圍內變化，同時可控制圓柱骨料間的最小間距。
圖2.1 三維圓柱骨料填充模塊
2.3 橢球骨料填充模塊
用于在長方體邊界內隨機填充橢球骨料，可控制橢球骨料間的最小間距。
展開 在三維混凝土細觀模型的構建過程中，為了簡化建模及模擬過程多采用二維模型，如采用圓形或多邊形來近似取代混凝土內的粗骨料，部分學者采用的三維模型較多是把骨料簡化為球形來進行建模，而在混凝土中，骨料多為不規則的多面體形式，這就使得模型與實際產生一定的差異。
而在Abaqus建模過程中隨機多面體骨料的生成以及多面體骨料的干涉判別是幾何模型的難點。這里提供一種快速高效的三維凸多面體骨料建模的方案，以實現不同集配的混凝土隨機多面體骨料模型。
建模教程
首先采用CAD隨機多面體3D插件在AutoCAD內生成所需要的三維混凝土細觀模型。
將該模型分圖層導出為.iges格式文件，這里分圖層導出是為了可以分部件導入到Abaqus軟件內，更方便材料賦值、網格劃分等操作。
本模型共導出四個iges文件，分別是帶有多面體孔洞的基體材料以及三種不同粒徑的多面體。然后將iges文件分別導入到Abaqus內，對部件進行裝配。
最后進行材料賦值、接觸指定、網格劃分、邊界條件、模擬計算等操作即可。
插件下載
CAD隨機多面體3D插件
模型樣圖
隨機多面體骨料_AbyssFish.rar
展開 2 輕骨料混凝土細觀損傷演化分析
2.1細觀數值分析模型及方法
2.1.1隨機骨料模型的建立
利用蒙特卡洛方法來生成輕骨料混凝土的隨機骨料模型，理想的富勒級配曲線僅是針對三維空間中的骨料而言，瓦拉文在富勒級配曲線的基礎上，把三維骨料級配等效成二維骨料級配，建立了三維骨料級配與二維混凝土截面骨料面積之間的關系，提出了瓦拉文公式，公式具體表達式如下：
本文數值模擬采用的二維多邊形骨料為凸多邊形骨料。在圓形骨料的基礎上，用邊延拓的方法生成凸多邊形骨料。
本文生成的隨機多邊形輕骨料混凝土模型如圖1所示：
圖1 隨機多邊形輕骨料混凝土模型
2.1.2 批量插入內聚力單元的方法
本文采用內聚力模型，通過在裂紋的潛在區域嵌入零厚度內聚力單元來模擬裂縫的產生，對輕骨料混凝土細觀模型進行精細的網格劃分，生成inp文件，采用 Python 語言，通過開發相應的程序來對生成的inp文件進行處理，以便迅速有效的在界面過渡區、砂漿內部和輕骨料內部區域均嵌入內聚力單元。
圖2為輕骨料混凝土細觀模型中嵌入內聚力單元后的有限元網格，基礎單元總數為15936個，內聚力單元總數量為23704個。圖2（a）紅色的單元為輕骨料混凝土內聚力單元，單元數量為6885個，藍色區域為輕骨料單元，單元數量為5313個。圖2（b）紅色的單元為骨料-砂漿界面過渡區內聚力單元，單元數量為2169個。圖2（c）紅色單元為砂漿內聚力單元，單元數量為14650個。
展開 而建立包含隨機形狀，隨機尺寸和隨機位置的骨料顆粒是進行顆粒增強復合材料力學性能數值模擬分析的前提和基礎。
小編在前一篇文章中給大家分享了一種建立三維隨機骨料模型https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1850204的方法。本期小編將給大家帶來二維隨機骨料模型的建模方法。
2. 二維隨機骨料模型建模方法
方法一：將顆粒增強復合材料結構離散為體素模型，根據骨料含量模型中的一部分單元被假設為增強材料（骨料），另一部分單元作為基體材料（水泥、瀝青、樹脂等），該模型可用于研究骨料含量對材料力學性質的影響。
方法二：將顆粒增強復合材料中的增強材料（骨料）假設為圓形、橢圓形或正多邊形顆粒；該模型可考慮骨料的含量、隨機分布和級配，但是由于骨料的形狀為固定形狀（與實際相差太遠），無法體現不同骨料之間的形狀特點的隨機性。
方法三：將顆粒增強復合材料中的骨料結構考慮為隨機多邊形，該模型可較好的考慮骨料的含量、隨機分布、級配和骨料形狀的隨機性。
3.單個隨機多邊形骨料模型建模方法
本文按照以下步驟，基于ABAQUS使用Python建立單個隨機多邊形骨料：
第一步根據所需的骨料級配，在一定粒徑下建立所需尺寸的外接圓（該圓為虛擬圓，下配圖僅為參考圖）。
第二步選取外接圓上一定數量（應大于等于3，可隨機定義）的點。
第三步將所選的點依次連接。
4. 主要代碼
與開發單個三維隨機骨料模型類似，可先在ABAQUS/CAE中進行建模，然后參考rpy文件生成的python腳本，選擇所需的語句進行開發。
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幾何模型包括水泥砂漿、粗骨料、砂漿骨料界面過渡區（ITZ）及隨機分布于水泥砂漿內的微裂紋毛細管網四部分，旨在探究通過多插件聯合創建復雜模型的可行性。
多邊形骨料混凝土細觀模型通過CAD隨機多邊形插件2D專業版參數化建模生成。
關鍵認識：經典理論將"代表性體積單元"（RVE）視為無限小的數學點，但實際上，真實的RVE具有有限的物理尺寸 h （如金屬晶粒尺寸、混凝土骨料粒徑、聚合物回轉半徑）。
當變形場在RVE內呈非線性分布時，體積平均值 ≠ 幾何中心值：
其中 Δp 是拉普拉斯算子，描述場的"彎曲程度"。經典理論只保留了第一項，忽略了 和 項——這就是"均勻化誤差"的來源。
模型中骨料按粒徑劃分為三個組別，并通過堆積算法實現高填充率的隨機密堆積排布，同時在每顆骨料外圍自動生成可設置厚度的ITZ層。插件分別對不同粒徑范圍的骨料、對應的ITZ以及水泥砂漿基體分圖層繪制，便于后續材料賦值與處理分析。
利用AutoCAD軟件將骨料、ITZ及水泥砂漿三類幾何部件分別導出為IGES格式文件。
界面過渡區（ITZ）作為骨料與水泥基體間的薄弱相，顯著影響混凝土的力學行為與耐久性。基于ANSYS軟件構建含界面過渡區的多面體骨料密堆積3D模型，可有效表征混凝土細觀非均質特性，精確模擬骨料形態、分布及界面行為對材料性能的影響機制。該研究為揭示混凝土損傷演化規律提供理論支撐，對優化配合比設計、提升結構耐久性具有重要學術價值與工程應用前景。
模型建立后采用EasyCDP Mortar&ITZ插件設置混凝土損傷塑性材料參數，本案例不考慮骨料的損傷破壞。
設置分析步、載荷后建立作業，并在提交作業前采用ABAQUS CDED插件設置混凝土開裂。
提交作業完成模擬分析。
混凝土細觀模型研究中主流的數字化重建方法主要分為以下兩類：一是幾何重構法，從CT或照片圖像中提取真實骨料輪廓，通過AutoCAD等軟件重建混凝土骨料、ITZ幾何模型，再導入ABAQUS進行網格劃分；二是圖像映射法，將混凝土高分辨率掃描圖像通過預處理將不同材料進行顏色區分后，通過ABAQUS插件直接轉化為有限元網格單元，并依據圖像顏色差異劃分材料相。
界面過渡區（ITZ）作為骨料與水泥基體間的薄弱相，顯著影響混凝土的力學行為與耐久性。在ABAQUS中構建含界面過渡區的多面體骨料密堆積3D模型，能夠真實反映混凝土細觀非均質特性，精確模擬骨料形態、分布及界面行為對材料性能的影響機制。該研究為揭示混凝土損傷演化規律提供理論支撐，對優化配合比設計、提升結構耐久性具有重要學術價值與工程應用前景。
模型也可導入ANSYS、ABAQUS、COMSOL、LS-DYNA等有限元軟件，進行三維多面體骨料堆積及ITZ界面過渡區的混凝土細觀建模，插件內置的幾何優化算法可確保模型在有限元軟件內實現高質量的網格劃分。
ABAQUS三維多面體骨料密堆積建模通過重力堆積算法構建混凝土細觀結構，克服了傳統隨機分布模型與實際骨料沉降行為的偏差，更精準反映骨料在混凝土中的分布特征，可實現高骨料占比下的力學響應模擬，為混凝土損傷機理研究、材料參數標定及多尺度耦合分析提供可靠依據。本案例介紹在ABAQUS內建立三維混凝土多面體骨料重力密堆積模型。
二維多邊形骨料混凝土細觀模型的受壓損傷模擬教程可以參考：ABAQUS多邊形骨料ITZ混凝土細觀受壓開裂論文復現視頻
