骨料的案例
各種二維三維混凝土骨料、再生骨料、顆粒增強復合材料幾何微觀模型
? 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 Abaqus骨料填充插件(AbqGeomPacking)
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 輕骨料混凝土細觀損傷演化分析
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 Abaqus 三維多面體骨料 隨機多面體3D 無干涉多面體骨料模型
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 
二維隨機多邊形骨料腳本
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。
展開 ABAQUS三維多面體骨料密堆積混凝土細觀建模
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。
混凝土細觀骨料堆積模型采用CAD多面體密堆積_圓柱體試件3D插件生成，在AutoCAD內建立模型后將骨料導出為iges格式文件。
在ABAQUS CAE中將骨料模型導入建立部件，如需對不同骨料分別設置材料屬性也可將骨料分為三個部件分別導入。
對混凝土細觀模型中的各組分設置不同的材料屬性，在混凝土細觀研究中可選用EasyCDP_Mortar&ITZ插件生成混凝土損傷塑性模型材料。
采用四面體單元進行混凝土骨料的網格劃分。
建立不同骨料部件的裝配。
或是通過AutoCAD軟件對骨料進行處理后導出卵石狀骨料模型，并導入到ABAQUS內。
如需進行三維混凝土細觀受壓損傷開裂方面的仿真模擬也可參考ABAQUS三維混凝土細觀受壓損傷斷裂數值模擬視頻教程。
展開 三維隨機纖維-球體骨料細觀混凝土模型/細觀混凝土/纖維混凝土 ￥369
在前面的視頻中已經有了三維隨機球體骨料的細觀模型建立方法和靜力抗壓仿真分析的方法（課程封面如圖）。
簡單三維球體細觀模型的課程已更新一年半有余，后臺私信和留言中有不少同學咨詢“怎么添加纖維/有沒有纖維混凝土的模型”，由于之前一直在忙著干其他的事情，最近心血來潮，那么今天就寫了這個帖子，分享自己關于在三維細觀混凝土模型中添加纖維的一些思路和腳本建立方法。
三維隨機纖維-球體骨料細觀混凝土模型——四相（砂漿、骨料、ITZ和纖維）組分的復合混凝土模型組成效果和仿真效果如下。
在前邊的三維隨機球體模型中，投放骨料的思路十分簡單，只需要使用python代碼隨機生成一個球體特征數據，再與已存儲的球體數據進行判斷（判斷球心距與兩球體半徑之和）即可。若球心距大于半徑之和則存儲在骨料數據庫中，進行下一個球體的生成與判斷；若小于，則不存儲，進行下一個球體的生成判斷。最后使用python與abaqus之間的接口，把數據轉化為圖形即可。
把這個思路放到纖維與骨料之間的判斷中來，似乎也能進行相應的判斷。只需要生成隨機的纖維，用纖維端點坐標與骨料球心坐標，計算出球心到直線的距離就可以了，如下圖所示。
使用點到直線的距離公式判斷球體與纖維的相交，這樣看著好像沒啥問題，但其實纖維能在混凝土中分布的區域已經大大縮小了。如下圖所示，當纖維的方向指向骨料時，雖然纖維與骨料并沒有相交，但簡單地使用點到直線的距離公式，會被判斷為相交狀態，這根纖維就將被認為不能放在混凝土中。
展開 ABAQUS隨機骨料建模插件 ￥400
</p><p>骨料投放算法的主要原理：首先把骨料全部投放到容器中，允許骨料重疊；將骨料間的重疊視為擠壓彈性變形，根據骨料間的刺入深度向量計算出骨料間的排斥力和彈性勢能；按骨料所受排斥力合力的方向移動骨料，逐步更新整個骨料模型的空間結構，直至骨料間的重疊完全消失。
三維隨機多面體骨料（隨機多邊形）建模
隨機骨料模型
混凝土、瀝青混合料等顆粒增強復材料的級配及骨料含量顯著影響其宏觀力學特性。為了最優化混凝土、瀝青混合料等顆粒增強復材料的力學性能，對其細觀結構開展數值模擬仿真分析，開展級配優化設計和研究具有重要的意義。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。 此外在磨削分析中，將磨料建模為指定粒徑的隨機凸多面體可更好的考慮磨具中的磨粒對被磨削固體表面擠壓和沿表面運動所引起的損失或材料流失。
2.建模方法
目前對于三維隨機骨料模型，主要有以下三種建模方法：
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、橢圓形或正多面體顆粒；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面體，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。
本文主要介紹該類型隨機多面體（多邊形）骨料模型的建模方法。
3.單個隨機多面體（多邊形）骨料模型
本文按照以下步驟，基于ABAQUS開發Python腳本：
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球。
第二步建立與球體外切的正六面體模型。
展開 CAD多面體骨料及端鉤纖維3D建模插件 ￥3999
插件介紹
CAD多面體骨料及端鉤纖維3D建模插件可用于在AutoCAD軟件內隨機建立三維多面體以及帶有端部彎鉤的纖維模型。插件生成的模型之間均不會相交，可控制試件、多面體、纖維的尺寸、形狀、數量等參數；可實現鋼纖維混凝土等復合材料三維幾何模型參數化構建，實體模型可導入LS-Dyna、ANSYS、HFSS、Workbench、COMSOL、ABAQUS等有限元軟件直接進行仿真模擬，也可導入Hypermesh、ANSA等CAE前處理工具進行劃分網格，或進行彎鉤纖維、多面體骨料的三維模型繪圖渲染，用于科研繪圖。
模型說明
插件建立的模型包含外側砂漿長方體基體，端彎鉤纖維，多面體骨料三部分，三部分分圖層繪圖，方便批量操作。
模型可導入有限元軟件內，實現三維纖維混凝土、鋼纖維、彎曲纖維、端鉤纖維、多面體骨料等模型的構建。
ANSYS Workbench LS-DYNA端鉤纖維及多面體骨料模型。
ABAQUS彎曲纖維混凝土細觀。
COMSOL端部彎鉤纖維、鋼纖維、三維骨料混凝土。
參數說明
試件參數：長度、寬度、高度。
骨料參數：最小粒徑、最大粒徑、骨料面數、骨料個數。
纖維參數：纖維控制參數如圖所示，d為纖維的直徑。
適用版本
插件可運行在Windows7、8、10、11系統上，支持AutoCAD2007~2024及以上版本。
展開 ABAQUS隨機多面體骨料再生混凝土細觀力學分析
再生混凝土力學性能受再生骨料比例、強度等多方面影響，通過有限元方法對再生骨料混凝土模擬對評估混凝土抗壓強度有重要意義。本案例通過CAD隨機多面體3D插件建立隨機分布的混凝土再生粗骨料模型，并將模型導入ABAQUS內，通過對再生骨料及普通骨料的設置，進行再生混凝土的軸壓力學研究。
在AutoCAD軟件內，采用CAD隨機多面體3D V1.0插件建立混凝土骨料、水泥砂漿基體模型，并將普通骨料（紅、綠）、再生骨料（黃）、立方體基體分別導出為.iges格式文件備用。
將導出的再生骨料混凝土模型文件以部件的形式導入到ABAQUS內。
對普通骨料、再生骨料、砂漿分別進行材料設置。
建立剛體加載板并與再生骨料混凝土細觀模型進行裝配。
設置荷載施加板與混凝土部件之間的相互作用。
對上部荷載施加板添加豎向位移，下部板設置為固定約束。
對再生混凝土模型進行網格劃分。
創建并提交作業，查看結果。
展開 
ABAQUS三維多面體骨料密堆積混凝土細觀抗壓模擬
在混凝土細觀數值模擬中，粗骨料的分布狀態對其力學性能具有顯著影響。以往研究多采用蒙特卡羅算法將粗骨料隨機分布在混凝土試件內，而實際工程中混凝土試件在澆筑完成后的振搗操作會使得密度較大的粗骨料因重力作用發生沉降堆積。現有基于純隨機投放的算法難以真實反映這一物理過程，同時也難以實現工程中常見的較高粗骨料體積占比。
為解決當前混凝土細觀模型中骨料分布不合理及粗骨料占比偏低等問題，本文提出采用重力堆積算法構建三維多面體粗骨料細觀混凝土模型，并在此基礎上采用ABAQUS進行受壓試驗的數值模擬。該方法能夠更準確地復現實際工程中混凝土試件的內部結構特征，對于細觀尺度下混凝土材料參數的標定及損傷機理研究具有重要的參考價值和指導意義。
混凝土骨料堆積模型采用CAD多面體密堆積3D插件建模。模型參數設置方面，根據《混凝土結構設計標準》GB/T 50010-2010（2024年版）4.1.1條，立方體抗壓強度試驗試件尺寸邊長設置150 mm；根據《建設用卵石、碎石》GB/T14685-2011，粗骨料尺寸大于4.75 mm，本模型中設置骨料最小粒徑4.8 mm，最大粒徑25 mm；骨料分三組設置，每組設置的粒徑區間及數量應根據混凝土配合比及顆粒級配綜合確定，相關內容可參照《普通混凝土配合比設計規程》JGJ55-2011及《建設用卵石、碎石》GB/T14685-2011第7.3條顆粒級配篩分試驗；骨料面數、最小邊長等參數可根據工程中采用的骨料真實形態進行極大似然估計確定。
參數設置完成后運行插件，進行三維骨料重力堆積模擬，到達設定的堆積運行時間后，插件自動進行AutoCAD的模型繪制。
展開 Abaqus隨機骨料過渡區孔隙三維網格插件：Random Agg ITZ Pore 3D (Mesh) ￥998
插件介紹
Random Agg ITZ Pore 3D (Mesh) V1.0 - AbyssFish 插件可在Abaqus內參數化建立包含水泥漿基體、粗細骨料、界面過渡區（ITZ）、孔隙在內的多相材料混凝土細觀背景網格模型。
模型說明
插件采用材料映射單元的方式，將不同相材料賦值到網格單元，實現三維混凝土細觀有限元模型。
插件建立的模型中包含5個Set，從1~5分別對應水泥基體、大粒徑骨料、小粒徑骨料、孔隙、界面過渡區。
插件通過指派五種材料，實現完整的模型，插件生成的材料屬性均為空，需要用戶自行設置或替換。
模型中的骨料及孔隙均為球體形狀，界面過渡區包裹在骨料外側。
注意，插件僅完成了幾何部件的網格劃分及材料截面指派，并未指定材料屬性、分析步、載荷等，此部分內容需要用戶根據模擬內容自行設置。
參數說明
Length、Width、Height：設置模型的長寬高尺寸，分別對應坐標軸x， y，z方向。單位全局統一即可。
Element size：單元尺寸。插件劃分立方體單元，形成體素模型，因此模型的長寬高需要同時為單元尺寸的整數倍。
Max/Min Aggregate D：大粒徑或小粒徑的球體骨料直徑尺寸范圍。
Pore D：球體孔隙的直徑范圍。
Ratio：當前組材料總體積占長方體體積的比例。
ITZ：骨料外側界面過渡區的厚度。當設置為0時，可實現無界面過渡區模型。
Margin：骨料或孔隙距離試件外表面的距離。
展開 隨機多面體骨料隨機投放小軟件
基于CAD骨料隨機投放插件，生成隨機多面體骨料，可以定義四種骨料粒徑范圍，定義四種骨料界面過渡區厚度，將每種骨料及其界面過渡區單獨封裝進不同圖層，對于后續材料的定義提供便利，具有CAD接口的有限元軟件均可使用，所有骨料均執行干涉檢查，基體均已扣除骨料占據部分體積，插件下方可直接讀取各項體積，是一款非常實用的小插件
ANSYS Workbench三維隨機多面體骨料混凝土細觀
在ANSYS內高效的建立三維幾何模型以匹配混凝土中多面體骨料的外形、分布、級配等參數，是三維混凝土細觀有限元仿真模擬的關鍵。
隨機多面體骨料3D模型的建立可采用CAD隨機多面體3D插件在AutoCAD內參數化建模后導入Workbench，插件可指定多面體骨料的三組粒徑范圍，以實現不同級配的混凝土細觀模型；可設置每組粒徑的骨料數量，以實現不同的骨料比例；可設置多面體的面數，以匹配不同的骨料外形。
在AutoCAD內將隨機骨料模型導出為IGES格式后，即可導入到ANSYS Workbench內。導入的模型包含圖層信息，可在SpaceClaim內批量對不同部件進行賦值材料等修改操作。
打開模型，即可在ANSYS Workbench內對三維多面體骨料混凝土細觀模型進行后續的模擬操作。
模型導入后，ANSYS會自動設置骨料與外側基體的接觸對，如默認設置不符也可手動調整修改。
對模型施加荷載并進行仿真分析。
CAD隨機多面體3D插件
https://www.yqgqt.org.cn/post/1893948
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