細(xì)觀
關(guān)注創(chuàng)建者：琳泓c(diǎn)omsol 創(chuàng)建時(shí)間：2019-07-18
細(xì)觀的視頻教程
三維隨機(jī)球體骨料細(xì)觀混凝土模型/基于Python的Abaqus二次開發(fā)應(yīng)用/三維細(xì)觀混凝土
課程中會(huì)提到一些參數(shù)的設(shè)置思路，學(xué)習(xí)完本課程后，可以大致掌握三維細(xì)觀混凝土模型的建立方法，了解數(shù)值模擬的建立思路，入門細(xì)觀混凝土模型學(xué)習(xí)。 此視頻與本人上傳的另一課程內(nèi)容一致，購買過的朋友請勿重復(fù)購買！后續(xù)將更新其他類型視頻。
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三維隨機(jī)纖維-球體骨料細(xì)觀混凝土模型/細(xì)觀混凝土/纖維混凝土
詳情觀看帖子三維隨機(jī)纖維-球體骨料細(xì)觀混凝土模型/細(xì)觀混凝土/纖維混凝土
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LS-DYNA混凝土隨機(jī)骨料細(xì)觀模型SHPB模擬（ANSYS+Ls-prepost六面體建模）
采用LS-DYNA軟件模擬混凝土隨機(jī)骨料細(xì)觀模型SHPB沖擊試驗(yàn)，建模采用ANSYS19.0經(jīng)典界面，關(guān)鍵字設(shè)置和后處理在ls-prepost進(jìn)行，具體包括： 1.采用ANSYS命令流完成細(xì)觀混凝土（砂漿+ITZ+骨料）的六面體網(wǎng)格建立，附件提供了5種命令流文件，直接復(fù)制到ansys經(jīng)典界面即可輸出SHPB動(dòng)態(tài)壓縮細(xì)觀模型K文件，無需額外借助復(fù)雜的軟件編程和代碼，保證人人都能快速學(xué)會(huì)的簡單方式，
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細(xì)觀的實(shí)例教程
(a)輕骨料混凝土骨料內(nèi)聚力單元 (b)界面過渡區(qū)內(nèi)聚力單元 (c)砂漿內(nèi)聚力單元
圖2 輕骨料混凝土細(xì)觀模型中內(nèi)聚力單元示意圖
2.1.3 輕骨料混凝土細(xì)觀模型的建立
采用1.5mm的單元尺寸網(wǎng)格對生成的多邊形輕骨料混凝土模型進(jìn)行單元?jiǎng)澐郑瑫r(shí)在輕骨料混凝土模型的全局區(qū)域內(nèi)嵌入內(nèi)聚力單元，這樣將會(huì)形成足夠精細(xì)的裂紋擴(kuò)展區(qū)，使得輕骨料混凝土的裂紋擴(kuò)展與真實(shí)混凝土裂紋擴(kuò)展更加類似，由于內(nèi)聚力單元非線性的損傷演化，為提高輕骨料混凝土細(xì)觀模型分析的收斂性，采用Abaqus動(dòng)力顯式模塊進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)分析，且加載過程中采用速度平滑加載來實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)靜態(tài)加載過程。
輕骨料混凝土細(xì)觀模型尺寸為100mm×300mm，輕骨料混凝土細(xì)觀數(shù)值模型單軸受壓如圖3所示。
圖3 輕骨料混凝土細(xì)觀數(shù)值模型單軸受壓示意圖
2.2 輕骨料混凝土細(xì)觀組分本構(gòu)關(guān)系
砂漿與骨料之間的界面過渡區(qū)（ITZ）、輕骨料內(nèi)界面和砂漿內(nèi)界面（MII）均采用內(nèi)聚力單元模擬，內(nèi)聚力模型采用了適用于模擬裂縫的牽引力-分離本構(gòu)關(guān)系，本文采用的是沒有幾何厚度的內(nèi)聚力單元，因此在進(jìn)行數(shù)值分析時(shí)，需要假設(shè)一個(gè)初始厚度，在ABAQUS軟件中默認(rèn)零厚度內(nèi)聚力單元的初始厚度為1。由于開裂位移很難測定，本文通過斷裂能參數(shù) 來表示位移參數(shù)，斷裂能與開裂位移的關(guān)系如下：
2.3 輕骨料混凝土單軸受壓數(shù)值模擬
輕骨料混凝土受壓模擬破壞結(jié)果如圖4所示，本文模擬得到的輕骨料混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線與王振宇等人開展的輕骨料混凝土試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，如圖5所示。可知通過細(xì)觀模型得到輕骨料混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線與試驗(yàn)吻合較好，表明模型能夠有效預(yù)測輕骨料混凝土的力學(xué)響應(yīng)以及參數(shù)選取的合理性。
展開 而細(xì)觀塑性力學(xué)則對于為什么會(huì)有塑性各向異性，怎樣控制它們，什么樣的微觀結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致何種加工性能，如何使實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)數(shù)據(jù)成為預(yù)知等問題做出了回答。它旨在建立微觀與宏觀相聯(lián)系的橋梁，揭示其內(nèi)在規(guī)律，使人們對材料的微觀結(jié)構(gòu)與宏觀塑性及加工性能不但知其然，而且知其所以然。
將連續(xù)體力學(xué)的理論方法應(yīng)用到不同尺寸量級的塑性性質(zhì)的研究中是細(xì)觀塑性力學(xué)的主要方法。例如，在位錯(cuò)量級，位于位錯(cuò)核以外的晶格可以看作是彈性連續(xù)體，而位錯(cuò)則被認(rèn)為是彈性體內(nèi)的線缺陷。在連續(xù)滑移的前提下，位錯(cuò)不再是離散的現(xiàn)象，即被看作是連續(xù)變形。在滑移帶以外，晶格仍然被認(rèn)為是連續(xù)體。上述過程是單晶體塑性力學(xué)與本構(gòu)關(guān)系相結(jié)合的體現(xiàn)。對于再大些的尺寸量級，如亞晶結(jié)構(gòu)、多晶聚合體，也可以采用上面的研究方法。
細(xì)觀塑性力學(xué)的分析方法可以歸結(jié)為以下3個(gè)步驟：(1)選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)某叽绶秶怪軌蚨康孛枋霰谎芯康默F(xiàn)象；(2)重點(diǎn)考慮基本微觀結(jié)構(gòu)，而將基底材料視作連續(xù)體；(3)利用比所選尺寸量級小一個(gè)量級的本構(gòu)關(guān)系作為基底連續(xù)體。
細(xì)觀塑性研究的另一個(gè)重要方面是如何作尺寸量級之間的轉(zhuǎn)換。從較小量級向較大量級的轉(zhuǎn)換可用平均法，即取一個(gè)體積，在其中有足夠多數(shù)量的微觀結(jié)構(gòu)單元重復(fù)出現(xiàn)，對其作體平均。這一過程稱為均勻化。目前已發(fā)展了許多均勻化的方法和算法，如自適應(yīng)方法和統(tǒng)計(jì)集合法。另一方面是從較大量級向較小量級的轉(zhuǎn)換，即非均勻化，也是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。在不同尺寸量級研究數(shù)據(jù)之間的相互轉(zhuǎn)換及連接使細(xì)觀塑性力學(xué)作為一般科學(xué)規(guī)律而更具完整性。
細(xì)觀力學(xué)包括實(shí)驗(yàn)、理論和計(jì)算這3個(gè)緊密聯(lián)系的方面。實(shí)驗(yàn)提供了細(xì)觀力學(xué)的物理依據(jù)，理論研究提供了物理規(guī)律的抽象模型和基本理論，計(jì)算分析則是一種有效的仿真和實(shí)驗(yàn)手段。
下載地址：塑性力學(xué)同濟(jì)大學(xué)
展開 在前面的視頻中已經(jīng)有了三維隨機(jī)球體骨料的細(xì)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(xì)觀模型的課程已更新一年半有余，后臺(tái)私信和留言中有不少同學(xué)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(gè)帖子，分享自己關(guān)于在三維細(xì)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(jī)纖維-球體骨料細(xì)觀混凝土模型——四相（砂漿、骨料、ITZ和纖維）組分的復(fù)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(jī)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(jī)生成一個(gè)球體特征數(shù)據(jù)，再與已存儲(chǔ)的球體數(shù)據(jù)進(jìn)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(chǔ)在骨料數(shù)據(jù)庫中，進(jìn)行下一個(gè)球體的生成與判斷；若小于，則不存儲(chǔ)，進(jìn)行下一個(gè)球體的生成判斷。最后使用python與abaqus之間的接口，把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖形即可。
把這個(gè)思路放到纖維與骨料之間的判斷中來，似乎也能進(jìn)行相應(yīng)的判斷。只需要生成隨機(jī)的纖維，用纖維端點(diǎn)坐標(biāo)與骨料球心坐標(biāo)，計(jì)算出球心到直線的距離就可以了，如下圖所示。
使用點(diǎn)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(shí)纖維能在混凝土中分布的區(qū)域已經(jīng)大大縮小了。如下圖所示，當(dāng)纖維的方向指向骨料時(shí)，雖然纖維與骨料并沒有相交，但簡單地使用點(diǎn)到直線的距離公式，會(huì)被判斷為相交狀態(tài)，這根纖維就將被認(rèn)為不能放在混凝土中。
展開 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 作為典型的非均質(zhì)工程復(fù)合材料，普通混凝土、超高性能混凝土(UHPC)、纖維混凝土(FRC)、纖維復(fù)合材料(FRP)等的斷裂是局部微小裂隙、孔洞、各相界面等初始缺陷從起裂、擴(kuò)展至融合為宏觀裂縫的過程，該過程橫跨微觀、細(xì)觀、宏觀等多個(gè)尺度，因此采用多尺度實(shí)驗(yàn)和計(jì)算模擬等手段進(jìn)行研究成為自然的選擇。現(xiàn)有國內(nèi)外研究一般將這些復(fù)合材料等效為各向同性均勻介質(zhì)，建立模型比較方便，能夠獲得結(jié)構(gòu)的宏觀響應(yīng)例如荷載-位移曲線等。但這些宏觀均質(zhì)模型未模擬隨機(jī)分布的骨料、纖維、界面及孔洞等細(xì)觀特征，較難精確闡明材料破壞的多尺度機(jī)理。與宏觀均質(zhì)模擬相比，細(xì)觀計(jì)算模擬目前具有兩方面挑戰(zhàn)：一方面需要模擬復(fù)雜的細(xì)觀各相材料及其相互作用；另一方面需要求解大規(guī)模非線性方程，準(zhǔn)確模擬損傷斷裂中的材料軟化現(xiàn)象。
目前，混凝土、UHPC細(xì)觀模型主要有兩種直接建模方法，一種是基于骨料、纖維的形態(tài)和分布予以假設(shè)的隨機(jī)骨料、隨機(jī)纖維模型，這種比較多見；另一種是近來國內(nèi)外興起的基于XCT真實(shí)圖像的模型(XCT image-based model)。本文將以這兩種模型為研究對象，選用已發(fā)表的成果作為例子介紹給大家(整理了一些直觀圖片)，感興趣的朋友可詳閱附上的文獻(xiàn)，歡迎大家批評指正。
還有一種非直接的細(xì)觀模擬方法， 即采用隨機(jī)場理論，也可以間接模擬細(xì)觀斷裂，例如：
□ Zhang H, Huang Y J, Hu X J, Xu S L. A quasi-brittle fracture investigation of concrete structures integrating random fields with the CSFEM-PFCZM. Engineering Fracture Mechanics, 2023, 281: 109107.
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COMSOL細(xì)觀混凝土微裂紋毛細(xì)吸水模型2個(gè)月前
多邊形骨料混凝土細(xì)觀模型通過CAD隨機(jī)多邊形插件2D專業(yè)版參數(shù)化建模生成。
在AutoCAD混凝土細(xì)觀模型的基礎(chǔ)上，在0圖層中新建立與原試件尺寸相同的正方形，并將界面過渡區(qū)圖像所在圖層更改為“hole”，以確保采用CAD二維圖形Voronoi劃分插件時(shí)可以精準(zhǔn)識別外形與孔洞。
ABAQUS泡沫混凝土細(xì)觀有限元模擬4個(gè)月前
泡沫混凝土細(xì)觀模型通過CAD隨機(jī)球體插件專業(yè)版V1.3建模生成，泡沫混凝土試件設(shè)置為邊長為150 mm的立方體試件，為保證有限元模擬中的網(wǎng)格能有效劃分，泡沫孔隙的最小間距設(shè)置為1 mm，泡沫孔隙的直徑設(shè)置為5 mm，模型共建立了10000余個(gè)不相交的孔隙。
混凝土的宏觀力學(xué)性能主要受其細(xì)觀結(jié)構(gòu)控制，其中骨料與水泥基體間的界面過渡區(qū)（ITZ）作為薄弱相，顯著影響材料的力學(xué)行為與耐久性。
混凝土細(xì)觀結(jié)構(gòu)對其宏觀力學(xué)性能具有決定性影響。界面過渡區(qū)（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(xué)行為與耐久性。基于ANSYS軟件構(gòu)建含界面過渡區(qū)的多面體骨料密堆積3D模型，可有效表征混凝土細(xì)觀非均質(zhì)特性，精確模擬骨料形態(tài)、分布及界面行為對材料性能的影響機(jī)制。
上篇文章介紹了基于圖像進(jìn)行混凝土細(xì)觀模型的幾何重構(gòu)法，詳細(xì)步驟可查看下面的連接。
本案例介紹混凝土細(xì)觀模型的幾何重構(gòu)法，圖像映射法將在下篇文章中進(jìn)行詳細(xì)說明。
首先對混凝土細(xì)觀的掃描圖像進(jìn)行預(yù)處理，明確區(qū)分骨料（黑色）與水泥砂漿材料（白色），然后通過批量圖像邊界軟件提取界面過渡區(qū)（紅色）。
不同于傳統(tǒng)工具僅聚焦單一尺度的局限性，Multiscale Designer構(gòu)建了微觀（纖維/基體界面）-細(xì)觀（單胞結(jié)構(gòu)）-宏觀（部件結(jié)構(gòu)）的完整仿真鏈路。通過內(nèi)置的參數(shù)化單胞庫，可輕松應(yīng)對連續(xù)纖維、短切纖維、編織復(fù)合材料、蜂窩芯材等多種異質(zhì)材料類型，同時(shí)支持用戶自定義單胞模型，精準(zhǔn)表征材料微觀結(jié)構(gòu)與組分交互行為。
混凝土細(xì)觀結(jié)構(gòu)對其宏觀力學(xué)性能具有決定性影響。界面過渡區(qū)（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(xué)行為與耐久性。在ABAQUS中構(gòu)建含界面過渡區(qū)的多面體骨料密堆積3D模型，能夠真實(shí)反映混凝土細(xì)觀非均質(zhì)特性，精確模擬骨料形態(tài)、分布及界面行為對材料性能的影響機(jī)制。
CAD多面體&過渡區(qū)密堆積3D插件5個(gè)月前
模型也可導(dǎo)入ANSYS、ABAQUS、COMSOL、LS-DYNA等有限元軟件，進(jìn)行三維多面體骨料堆積及ITZ界面過渡區(qū)的混凝土細(xì)觀建模，插件內(nèi)置的幾何優(yōu)化算法可確保模型在有限元軟件內(nèi)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的網(wǎng)格劃分。
基體的處理
我們在《機(jī)織復(fù)合材料細(xì)觀損傷分析》一文中，已經(jīng)闡明，可以采用嵌入式約束的方法將纖維和基體進(jìn)行耦合，這樣可以不對基體做布爾運(yùn)算，簡單的六面體網(wǎng)格進(jìn)行基體單元的快速劃分。
對于機(jī)織蜂窩復(fù)合材料來說，這里會(huì)增加一個(gè)難題，就是基體也是蜂窩狀的，即它在空間中也是間斷的，不是連續(xù)的。這就不好用一個(gè)大的六面體進(jìn)行包裹，因此網(wǎng)格難度增加了。
