多邊形骨料的案例
二維隨機(jī)多邊形骨料腳本
一定級配下生成隨機(jī)粒徑
import random
myradius = random.uniform(r_min,r_max)
將圓平均分為n份，
在每個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)選點(diǎn)
for i in range(NumEdgeOfAgg):
AveAngle=2.0*pi/NumEdgeOfAgg
MyAngle=random.uniform(i*AveAngle,(i+1)*AveAngle)
MyAngles.append(MyAngle)
for Angle in MyAngles:
px = x + R*cos(Angle)
py = y + R*sin(Angle)
Points.append([px, py])
將所選的點(diǎn)依次連線構(gòu)成多邊形
for i in range(NumEdgeOfAgg-1):
MySketch.Line(point1=tuple(Points[i]), point2=tuple(Points[i+1]))
MySketch.Line(point1=tuple(Points[0]), point2=tuple(Points[-1]))
5.效果演示
小編應(yīng)用自己開發(fā)的腳本生成了一系列的二維隨機(jī)多邊形骨料模型。可見隨著多邊形階數(shù)增加，根據(jù)小編提供的建模方法建模得到的隨機(jī)多邊形骨料模型趨于圓。
6. 二維隨機(jī)多邊形骨料模型
成功開發(fā)單個(gè)骨料模型后，我們可以根據(jù)骨料級配生成一系列的單個(gè)隨機(jī)多邊形骨料模型，并存儲于骨料模型庫。通過隨機(jī)選取骨料模型庫中的骨料模型，將其隨機(jī)分布于基體內(nèi)，即可得到含隨機(jī)多邊形骨料的二維復(fù)合材料模型。
展開 ABAQUS二維隨機(jī)多邊形骨料界面過渡區(qū)混凝土細(xì)觀建模
ABAQUS二維隨機(jī)多邊形骨料及界面過渡區(qū)（ITZ）的混凝土細(xì)觀建模研究，可有效揭示混凝土內(nèi)部多相復(fù)合結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)機(jī)理。該模型能夠真實(shí)反映骨料隨機(jī)分布特征及ITZ對裂縫萌生與擴(kuò)展的影響，為準(zhǔn)確模擬混凝土損傷演化過程、預(yù)測宏觀力學(xué)性能提供理論基礎(chǔ)，對提升混凝土結(jié)構(gòu)耐久性與安全性具有重要意義。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立多邊形骨料、界面過渡區(qū)（ITZ）、水泥砂漿基體多相材料混凝土細(xì)觀有限元模型。
混凝土細(xì)觀模型采用CAD隨機(jī)多邊形2D插件專業(yè)版參數(shù)化建模生成，將CAD中的混凝土各組分內(nèi)容分別另存為dxf格式，以備導(dǎo)入ABAQUS內(nèi)。
在ABAQUS內(nèi)將混凝土細(xì)觀圖形以草圖的形式分別導(dǎo)入。
利用草圖建立混凝土模型中各組分的部件。
對混凝土中各組分分別設(shè)置材料屬性，如進(jìn)行混凝土細(xì)觀力學(xué)分析時(shí)，可采用EasyCDP Mortar&ITZ插件快速設(shè)置混凝土損傷塑性材料模型參數(shù)。
將混凝土細(xì)觀模型中的砂漿、骨料、ITZ部件進(jìn)行裝配。
進(jìn)行混凝土細(xì)觀模型的網(wǎng)格劃分，可采用四邊形或三角形單元類型。
后續(xù)可根據(jù)研究的需要進(jìn)行混凝土細(xì)觀模型的模擬分析，如混凝土的受壓損傷開裂等。
二維多邊形骨料混凝土細(xì)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(xì)觀受壓開裂論文復(fù)現(xiàn)視頻
展開 ABAQUS隨機(jī)多邊形骨料及ITZ細(xì)觀混凝土CDP模型
混凝土的強(qiáng)度很大程度上取決于粗骨料與水泥砂漿之間的界面過渡區(qū)（ITZ）。本案例在ABAQUS內(nèi)建立隨機(jī)多邊形骨料模型，并設(shè)置界面過渡區(qū)部件，采用CDP材料建立骨料、砂漿、ITZ三相混凝土細(xì)觀模型，并研究模型的軸壓破壞情況。
混凝土細(xì)觀模型采用CAD隨機(jī)多邊形顆粒插件建模生成，將插件生成的CAD文件按照不同圖層內(nèi)容分三份以草圖的形式導(dǎo)入到ABAQUS內(nèi)。
在ABAQUS內(nèi)利用導(dǎo)入的草圖分別建立砂漿、界面過渡區(qū)、多邊形骨料三部分部件并進(jìn)行裝配。
在本案例中采用EasyCDP插件快速生成不同強(qiáng)度的混凝土塑性損傷（CDP）材料，并將其分別指派到砂漿及ITZ部件，多邊形骨料不考慮損傷破壞。
選擇動力，顯式分析步，設(shè)置時(shí)間長度為5，將模型下部設(shè)置為固定約束，上部添加向下的位移作為載荷。
進(jìn)行網(wǎng)格劃分，單元尺寸的設(shè)置推薦小于ITZ厚度及插件中設(shè)置的顆粒最小間距的較小值。
提交分析查看結(jié)果。
CAD隨機(jī)多邊形顆粒
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展開 混凝土疊合骨料構(gòu)建（橢圓+多邊形）
混凝土骨料建模，左右兩側(cè)為多邊形骨料，中間為橢圓骨料，多邊形骨料和橢圓骨料邊界有一段混合區(qū)域。有相似需要者聯(lián)系QQ1511646430。
Abaqus 混凝土多邊形骨料生成插件 ￥188
Abaqus隨機(jī)多邊形骨料生成插件可生成指定顆粒集配及比例的二維混凝土細(xì)觀模型，模型包含砂漿區(qū)域、多邊形骨料、界面過渡區(qū)（Interface Transition Zone, 簡稱ITZ）等部分。可用于混凝土細(xì)觀模擬等方面。
使用須知：
1、集料的的最小邊數(shù)不宜小于5；
2、集料所能達(dá)到的最大體積比與集配及最小間距關(guān)系較大；
3、實(shí)際生成的界面過渡區(qū)厚度與設(shè)計(jì)值略有偏差；
注意：軟件需要注冊，將注冊編號發(fā)給作者獲取注冊文件。
可聯(lián)系作者QQ：1135122921 獲取軟件及完成注冊，價(jià)格一致。
注冊編號見插件運(yùn)行后Abaqus下方的信息提示欄。
插件解壓后將文件夾置于C:\Users\“用戶名”\abaqus_plugins文件夾；或abaqus工作目錄\abaqus_plugins下。打開軟件Plug-ins菜單下運(yùn)行。
展開 ANSYS Workbench多邊形骨料及界面過渡區(qū)混凝土細(xì)觀模型
它主要關(guān)注于混凝土中不同組分（如骨料、水泥漿體等）之間的相互作用以及這些相互作用如何影響整體材料的行為。在建立這樣的模型時(shí)，考慮到多邊形骨料及其與周圍基質(zhì)之間形成的界面過渡區(qū)（ITZ, Interfacial Transition Zone），對于準(zhǔn)確理解混凝土的力學(xué)性質(zhì)非常重要。
在ANSYS Workbench內(nèi)建立多邊形骨料、界面過渡區(qū)、及水泥漿體在內(nèi)的三相材料混凝土細(xì)觀模型，可研究混凝土的微觀損傷引起宏觀破壞的機(jī)理。
混凝土細(xì)觀模型采用CAD隨機(jī)多邊形插件建模后導(dǎo)入ANSYS內(nèi)。在插件內(nèi)設(shè)置模型參數(shù)后運(yùn)行插件在AutoCAD內(nèi)完成混凝土細(xì)觀模型的建立。
在CAD內(nèi)對骨料、界面過渡區(qū)、水泥砂漿分別建立面域部件，并使得每部分單獨(dú)占據(jù)一個(gè)圖層。
將模型整體導(dǎo)出為iges格式后，即可導(dǎo)入到Workbench內(nèi)，并可在SpaceClaim內(nèi)對每個(gè)圖層部件分別指派材料屬性。
可對細(xì)觀混凝土模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分及后續(xù)的模擬分析。
CAD隨機(jī)多邊形顆粒
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展開 COMSOL多邊形骨料堆積混凝土水化熱傳熱模擬
本案例介紹在COMSOL內(nèi)建立多邊形骨料堆積混凝土細(xì)觀模型，并對水化熱產(chǎn)生后的傳熱及溫度變化進(jìn)行仿真模擬。
骨料堆積混凝土細(xì)觀模型采用CAD多邊形密堆積2D插件建立，插件內(nèi)置動力學(xué)算法，可模擬多邊形骨料顆粒在重力作用下的堆積模型。
混凝土骨料密堆積模型在AutoCAD內(nèi)建模完成后，將模型另存為dxf格式文件。
在COMSOL內(nèi)選擇固體傳熱模塊，添加瞬態(tài)研究，并導(dǎo)入骨料密堆積模型。
對混凝土細(xì)觀模型的水泥砂漿及骨料部分分別指定材料，并設(shè)置密度、導(dǎo)熱系數(shù)、恒壓熱容等與傳熱相關(guān)的材料參數(shù)。
在固體傳熱中設(shè)置初始值，由于水化熱由水泥漿體產(chǎn)生，因此初始溫度設(shè)置中水泥砂漿基體溫度高于骨料溫度。將試件的左右及下邊界設(shè)置為熱絕緣，上部邊界設(shè)置環(huán)境溫度并設(shè)置熱通量，用于模擬大體積混凝土工況。對模型劃分物理場控制的網(wǎng)格，單元大小極細(xì)化。
計(jì)算查看傳熱仿真結(jié)果。2min內(nèi)溫度變化情況。
20min內(nèi)溫度變化情況。
展開 隨機(jī)多邊形骨料模型
ABAQUS生成二維隨機(jī)多邊形骨料模型：
局部放大
CAD隨機(jī)多邊形插件2D專業(yè)版 ￥389
插件采用嚴(yán)格的多邊形干涉判別算法，相較于傳統(tǒng)的外接圓形相交判別可實(shí)現(xiàn)更高的多邊形占比，及生成更為合理的多邊形分布；插件具有精美的UI界面及生成進(jìn)度提示條，可直觀查看建模狀態(tài)；生成的CAD隨機(jī)多邊形模型可快速導(dǎo)入COMSOL、ABAQUS、ANSYS、LS-DYNA、Fluent等有限元軟件內(nèi)，用于混凝土細(xì)觀模型、隨機(jī)多邊形顆粒分布的力學(xué)、滲流、傳熱等多領(lǐng)域有限元仿真模擬分析。
隨機(jī)多邊形骨料及ITZ混凝土細(xì)觀COMSOL模型：
隨機(jī)多邊形骨料及ITZ混凝土細(xì)觀ABAQUS模型：
隨機(jī)多邊形骨料及ITZ混凝土細(xì)觀ANSYS Workbench模型：
使用須知
1、插件使用需注冊，售價(jià)為單機(jī)許可價(jià)格；
2、插件兼容Windows系統(tǒng)，運(yùn)行需要安裝AutoCAD（2010~2026及以上版本均可使用）。
3、售后及技術(shù)支持請聯(lián)系作者。
樣圖實(shí)例
可下載插件生成的模型樣圖，并進(jìn)行其他軟件的導(dǎo)入測試及模擬。（CAD2010文件）， 聯(lián)系作者免費(fèi)提供CAD模型導(dǎo)入有限元指導(dǎo)服務(wù)。
CAD隨機(jī)多邊形2D專業(yè)版樣圖.rar
展開 Python實(shí)現(xiàn)CAD二次開發(fā)，用于生成多邊形骨料的混凝土細(xì)觀模型。 ￥40
Python實(shí)現(xiàn)CAD二次開發(fā)，用于生成多邊形骨料的混凝土細(xì)觀模型。
COMSOL建立多邊形骨料ITZ二維混凝土細(xì)觀模型
混凝土細(xì)觀模型在有限元分析中突破傳統(tǒng)均質(zhì)假設(shè)，通過精確模擬骨料、水泥漿體及界面過渡區(qū)的多相結(jié)構(gòu)，精準(zhǔn)預(yù)測微裂縫萌生、擴(kuò)展與貫通過程。它顯著提升數(shù)值模擬精度，揭示損傷演化機(jī)制，為混凝土性能預(yù)測、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)，實(shí)現(xiàn)微觀結(jié)構(gòu)到宏觀性能的精準(zhǔn)關(guān)聯(lián)，有效支撐混凝土工程的可靠評估與創(chuàng)新設(shè)計(jì)。本案例介紹在COMSOL內(nèi)建立包含骨料、砂漿、ITZ在內(nèi)的多組分混凝土細(xì)觀有限元二維模型。
混凝土細(xì)觀模型中的粗骨料及界面過渡區(qū)ITZ幾何圖形通過CAD隨機(jī)多邊形插件2D專業(yè)版建模生成。在AutoCAD中建立混凝土細(xì)觀模型草圖后，將已分圖層繪制的各組分內(nèi)容分別另存為dxf格式文件，以備導(dǎo)入到COMSOL內(nèi)。
將保存的混凝土各組分圖形分別導(dǎo)入到COMSOL，并通過布爾運(yùn)算建立多邊形骨料、ITZ、水泥砂漿基體混凝土細(xì)觀模型。具體操作步驟可參考下圖左側(cè)模型開發(fā)器中組件下的幾何模塊。
對混凝土細(xì)觀模型中的各組分分別設(shè)置材料屬性。
添加研究并劃分網(wǎng)格。
后續(xù)可根據(jù)研究的需要完成混凝土細(xì)觀有限元模型的仿真模擬。
展開 
輕骨料混凝土細(xì)觀損傷演化分析
2 輕骨料混凝土細(xì)觀損傷演化分析
2.1細(xì)觀數(shù)值分析模型及方法
2.1.1隨機(jī)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(jī)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(chǔ)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(guān)系，提出了瓦拉文公式，公式具體表達(dá)式如下：
本文數(shù)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(chǔ)上，用邊延拓的方法生成凸多邊形骨料。
本文生成的隨機(jī)多邊形輕骨料混凝土模型如圖1所示：
圖1 隨機(jī)多邊形輕骨料混凝土模型
2.1.2 批量插入內(nèi)聚力單元的方法
本文采用內(nèi)聚力模型，通過在裂紋的潛在區(qū)域嵌入零厚度內(nèi)聚力單元來模擬裂縫的產(chǎn)生，對輕骨料混凝土細(xì)觀模型進(jìn)行精細(xì)的網(wǎng)格劃分，生成inp文件，采用 Python 語言，通過開發(fā)相應(yīng)的程序來對生成的inp文件進(jìn)行處理，以便迅速有效的在界面過渡區(qū)、砂漿內(nèi)部和輕骨料內(nèi)部區(qū)域均嵌入內(nèi)聚力單元。
圖2為輕骨料混凝土細(xì)觀模型中嵌入內(nèi)聚力單元后的有限元網(wǎng)格，基礎(chǔ)單元總數(shù)為15936個(gè)，內(nèi)聚力單元總數(shù)量為23704個(gè)。圖2（a）紅色的單元為輕骨料混凝土內(nèi)聚力單元，單元數(shù)量為6885個(gè)，藍(lán)色區(qū)域?yàn)檩p骨料單元，單元數(shù)量為5313個(gè)。圖2（b）紅色的單元為骨料-砂漿界面過渡區(qū)內(nèi)聚力單元，單元數(shù)量為2169個(gè)。圖2（c）紅色單元為砂漿內(nèi)聚力單元，單元數(shù)量為14650個(gè)。
展開 Abaqus混凝土梁三點(diǎn)彎曲開裂模擬基于隨機(jī)多邊形骨料及界面過渡區(qū)模型
本案例建立包含隨機(jī)多邊形粗骨料、界面過渡區(qū)（ITZ）及水泥砂漿在內(nèi)的細(xì)觀混凝土梁二維模型，對混凝土梁在三點(diǎn)彎曲工況下進(jìn)行有限元模擬，展示混凝土梁跨中部位的裂縫發(fā)展情況。
在Abaqus CAE軟件內(nèi)，采用AbyssFish RandomPolygon2D V2.0插件建立多邊形粗骨料、實(shí)體界面過渡區(qū)、水泥砂漿三部件混凝土細(xì)觀模型。由于只考慮梁的跨中開裂情況，為了簡化模型的復(fù)雜度，這里只建立了跨中部分的細(xì)觀混凝土模型。
為實(shí)現(xiàn)長方形梁模型，手動建立長方形部件，并與插件建立的細(xì)觀混凝土模型裝配為整體，并進(jìn)行相應(yīng)的材料指派。
建立梁支座，并將下部支座設(shè)置為固定約束，跨中添加豎直向下的位移，進(jìn)行混凝土梁的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)?zāi)M。
對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，跨中部分適當(dāng)加密網(wǎng)格。
創(chuàng)建作業(yè)提交分析并查看結(jié)果。
展開 COMSOL基于Voronoi毛細(xì)管及多邊形骨料ITZ的微介觀混凝土水分?jǐn)U散模型
本案例是通過COMSOL對論文An innovative method for mesoscale modelling of moisture diffusion in concrete（https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2024.105836）中Voronoi毛細(xì)管、多邊形骨料、ITZ、水泥漿體多相材料的幾何模型復(fù)現(xiàn)。
其中論文中的混凝土骨料采用圓內(nèi)接多邊形算法，建立的模型如下圖所示。
并且建立了骨料外側(cè)的界面過渡區(qū)部件。
毛細(xì)管結(jié)構(gòu)采用Voronoi算法生成，并與骨料、ITZ形成完整的模型，用于模擬微介觀混凝土模型內(nèi)的水分?jǐn)U散。
在本案例中混凝土砂漿內(nèi)的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)是通過Voronoi算法生成，采用CAD Voronoi V2.1版本插件，在CAD內(nèi)建立草圖模型并導(dǎo)入COMSOL。
骨料及ITZ部分通過CAD隨機(jī)多邊形顆粒插件，在CAD內(nèi)建立圖形后，將骨料及ITZ圖層分別存儲為dxf文件后導(dǎo)入COMSOL。
注意COMSOL導(dǎo)入骨料、ITZ、Voronoi圖形后需要經(jīng)過一系列布爾操作，方可形成完整的模型，并將毛細(xì)管、水泥砂漿、骨料、ITZ各部分進(jìn)行有效區(qū)分。具體操作步驟可參考COMSOL左側(cè)的模型開發(fā)器。
在COMSOL內(nèi)對各組分批量賦值材料，并進(jìn)行模型的網(wǎng)格劃分，即可進(jìn)行后續(xù)的水分?jǐn)U散模擬分析。
展開 三維隨機(jī)多面體骨料（隨機(jī)多邊形）建模
隨機(jī)骨料模型
混凝土、瀝青混合料等顆粒增強(qiáng)復(fù)材料的級配及骨料含量顯著影響其宏觀力學(xué)特性。為了最優(yōu)化混凝土、瀝青混合料等顆粒增強(qiáng)復(fù)材料的力學(xué)性能，對其細(xì)觀結(jié)構(gòu)開展數(shù)值模擬仿真分析，開展級配優(yōu)化設(shè)計(jì)和研究具有重要的意義。而建立包含隨機(jī)形狀，隨機(jī)尺寸和隨機(jī)位置的骨料顆粒是進(jìn)行顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料力學(xué)性能數(shù)值模擬分析的前提和基礎(chǔ)。 此外在磨削分析中，將磨料建模為指定粒徑的隨機(jī)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(yùn)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(jī)骨料模型，主要有以下三種建模方法：
方法一：將顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)離散為體素模型，根據(jù)骨料含量模型中的一部分單元被假設(shè)為增強(qiáng)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(xué)性質(zhì)的影響。
方法二：將顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料中的增強(qiáng)材料（骨料）假設(shè)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(jī)分布和級配，但是由于骨料的形狀為固定形狀（與實(shí)際相差太遠(yuǎn)），無法體現(xiàn)不同骨料之間的形狀特點(diǎn)的隨機(jī)性。
方法三：將顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料中的骨料結(jié)構(gòu)考慮為隨機(jī)多面體，該模型可較好的考慮骨料的含量、隨機(jī)分布、級配和骨料形狀的隨機(jī)性。
本文主要介紹該類型隨機(jī)多面體（多邊形）骨料模型的建模方法。
3.單個(gè)隨機(jī)多面體（多邊形）骨料模型
本文按照以下步驟，基于ABAQUS開發(fā)Python腳本：
第一步根據(jù)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。
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