混凝土模型的案例
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纖維混凝土3D 泡沫混凝土 三維隨機幾何 三維混凝土細觀 多面體骨料建模
模型實例
以下是Abaqus內纖維混凝土的模型，纖維是采用三維圓柱體模擬的，混凝土內的骨料采用的是實體的球體。纖維及骨料均可設置不同的尺寸，并且各類型的數目不受限制，即可設置多種纖維及球體骨料大小。
研究進展
在Abaqus內建立混凝土細觀模型，如鋼纖維混凝土、不干涉球體骨料、多面體骨料模型等，是進行混凝土性能研究的主流方法之一。而在進行Abaqus混凝土細觀模擬時，隨機骨料及隨機纖維等幾何模型的構件是主要的難點所在。
為了在Abaqus內建立混凝土模型，有學者采用Abaqus命令的方式，但這需要有一定的程序設計基礎，并且需要反復改參、調試，極為不便。也有采用Abaqus混凝土建模插件實現的方式，這極大的節省了模型建立的耗時，如Abaqus混凝土多邊形或Abaqus混凝土三維球體骨料插件等，但其實現的模型較為簡單，幾何模型單一。
建模方案
這里介紹一種通過AutoCAD軟件建立纖維混凝土三維模型后導入到Abaqus內的方式。可實現多種混凝土模型的快速構建。CAD導入Abaqus的方法簡單，將CAD文件輸出為.sat格式，然后在Abaqus內選擇導入部件，選擇對應的.sat文件即可。
下面是通過該方法建立的Abaqus隨機幾何模型。
插件介紹
本插件可以生成多種形式的隨機三維幾何，用于Abaqus混凝土模型的建立，也可用于再生骨料混凝土、泡沫混凝土、加氣混凝土等方面。理論上講，只要幾何存在相似性，可進行模型簡化的，均可采用這種方式進行建模。
插件的詳細介紹及下載見下方鏈接：
CAD隨機幾何3D插件
展開 《原創》ANSYS/ls-dyna考慮骨料、砂漿、ITZ細觀混凝土模型動態劈裂數值模擬 ￥100
關于SHPB數值模擬的研究已較為深入，模擬優勢主要在于可通過修正參數使模擬結果與實際一致，以此為基礎對材料的動態破壞過程及更為復雜的工況進行模擬研究，主要研究對象主要分為混凝土、巖石、金屬、陶瓷等材料，并通過LS-DYNA中的RHT、HJC、JC、K&C、CSC等材料模型來模擬上述材料在中高、高應變率荷載作用下裂紋擴展及損傷規律，試件往往采用的是均質模型。
近年來，關于非均質模型的研究已取得一些進展：
1.《Study of concrete damage mechanism under hydrostatic pressure by numerical simulations》一文中建立了考慮骨料、砂漿的兩相混凝土模型，并采用“背景投影法（網格映射法）”建立了六面體非均質混凝土有限元模型。
2.《3D mesoscopic investigation of the specimen aspect-ratio effect on the compressive behavior of coral aggregate concrete》一文中建立了考慮界面層（ITZ）、骨料、砂漿的三相混凝土模型，并采用“背景投影法（網格映射法）”建立了六面體非均質混凝土有限元模型。
3.《基于三維隨機細觀模型的珊瑚混凝土力學性能模擬》一文中建立了考慮界面層（ITZ）、骨料、砂漿的三相混凝土模型，并采用“背景投影法（網格映射法）”建立了六面體非均質混凝土有限元模型。
相比均質有限元模型，非均質有限元模型的仿真結果可信度更高，仿真效果更好，與實際破壞情況更為吻合，該方法具有廣泛的運用前景，可用于靜態力學試驗、動態力學試驗、爆破領域、建筑結構領域等。
展開 ANSYS\ABAQUS纖維混凝土細觀骨料模型建立及網格劃分 ￥1.1
</p><p class="ql-align-justify">關于SHPB數值模擬的研究已較為深入，模擬優勢主要在于可通過修正參數使模擬結果與實際一致，以此為基礎對材料的動態破壞過程及更為復雜的工況進行模擬研究，主要研究對象主要分為混凝土、巖石、金屬、陶瓷等材料，并通過<a href="https://www.yqgqt.org.cn/qa/2977" rel="noopener noreferrer" target="_blank">LS-DYNA</a>中的RHT、HJC、JC、K&C、CSC等材料模型來模擬上述材料在中高、高應變率荷載作用下裂紋擴展及損傷規律，試件往往采用的是均質模型。</p><p class="ql-align-justify">近年來，關于非均質模型的研究已取得一些進展：</p><p class="ql-align-justify">1.《Study of concrete damage mechanism under hydrostatic pressure by numerical simulations》一文中建立了考慮骨料、砂漿的兩相混凝土模型，并采用“背景投影法（網格映射法）”建立了六面體非均質混凝土有限元模型。</p><p class="ql-align-justify">2.《3D mesoscopic investigation of the specimen aspect-ratio effect on the compressive behavior of coral aggregate concrete》一文中建立了考慮界面層（ITZ）、骨料、砂漿的三相混凝土模型，并采用“背景投影法（網格映射法）”建立了六面體非均質混凝土有限元模型。</p><p class="ql-align-justify">3.
展開 
輕骨料混凝土/泡沫混凝土CDP模型-Excel ￥8.88
<p>本內容基于丁發興開的輕骨料混凝土或者泡沫混凝土模型所制作的Excel，可用于將其輸入直接到ABAQUS中，用于建立輕骨料混凝土或者泡沫混凝土模型，具體如下：</p><p><br></p><p><strong>模型介紹：</strong></p><p>本模型基于“丁發興”所開發的應力應變關系模型，在附件中。給予了論文pdf文件</p><p><br></p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
<figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202504/attachment/352077717ebc46b4b2495692cbf7c8f6.png" style="display: inline-block;">
<img src="https://img.jishulink.com/202504/attachment/352077717ebc46b4b2495692cbf7c8f6.png" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202504/attachment/352077717ebc46b4b2495692cbf7c8f6.png?image_process=/format,webp" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202504/attachment/352077717ebc46b4b2495692cbf7c8f6.png?
展開 【JY】JYCDP插件：ABAQUS混凝土CDP模型插件分享 | 混凝土損傷塑性模型 ￥59.9
(推薦6.14、2016版本，仍保留固流分析耦合模塊，后版本取消該模塊)，
文后附 6.14-4 軟件下載鏈接及子程序相關下載，
【簡介】
為簡便鋼筋混凝土構件或者結構的本構模型設置，本期給大家推薦一款Abaqus混凝土CDP模型插件，供大家應用參考。這個插件無需繁瑣的Excel操作，僅需選擇混凝土等級即可在Abaqus前處理界面一鍵生成混凝土CDP本構曲線，且可任意調整本構曲線長度，并可對極限強度進行修正，且適用于不同的力、位移單位，可用于各類混凝土構件及結構的精細化分析。
對于鋼筋混凝土構件或者結構而言，正確合理的本構模型是對構件或結構進行非線性分析的關鍵。ABAQUS提供三種混凝土本構關系模型，分別為脆性開裂模型、彌散開裂模型及損傷塑性模型，其中，混凝土損傷塑性 (Concrete Damaged Plasticity，CDP)模型是通過將各向同性下損傷彈性與拉伸和壓縮塑性相結合的方式來對混凝土的非彈性行為進行描述的，適用于Standard和Explicit兩大求解模塊，可用于模擬混凝土在任意荷載作用下的受力情況，同時考慮了由于拉、壓塑性應變導致的彈性剛度的退化以及循環荷載作用下剛度的恢復，具有較好的收斂性。有關CDP模型的介紹及應用可見推文：
【JY】淺談混凝土損傷模型及Abaqus中CDP的應用
【程序可解決的問題】
采用ABAQUS模擬梁柱節點時，ABAQUS中CDP模型損傷系數計算到0.9和損傷系數計算到0.99所得的滯回曲線相差甚大，筆者建立了現澆梁柱節點模型對此進行了驗證。
CDP模型本構曲線末尾段的選取，對滯回曲線下降段的影響較大。
展開 ANSYS Workbench多邊形骨料及界面過渡區混凝土細觀模型
混凝土細觀模型是一種用來研究混凝土材料內部結構和性能的分析方法。它主要關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，考慮到多邊形骨料及其與周圍基質之間形成的界面過渡區（ITZ, Interfacial Transition Zone），對于準確理解混凝土的力學性質非常重要。
在ANSYS Workbench內建立多邊形骨料、界面過渡區、及水泥漿體在內的三相材料混凝土細觀模型，可研究混凝土的微觀損傷引起宏觀破壞的機理。
混凝土細觀模型采用CAD隨機多邊形插件建模后導入ANSYS內。在插件內設置模型參數后運行插件在AutoCAD內完成混凝土細觀模型的建立。
在CAD內對骨料、界面過渡區、水泥砂漿分別建立面域部件，并使得每部分單獨占據一個圖層。
將模型整體導出為iges格式后，即可導入到Workbench內，并可在SpaceClaim內對每個圖層部件分別指派材料屬性。
可對細觀混凝土模型進行網格劃分及后續的模擬分析。
CAD隨機多邊形顆粒
https://www.yqgqt.org.cn/post/1787116
展開 基于ABAQUS的混凝土損傷本構模型與LSDYNA的JHC本構模型分析與研究
1問題引出的意義
在土木行業中，鋼筋混凝土框架仿真模型是一種有限元重要仿真分析模型，基于混凝土框架結果的模型和分析有助于我們更好了解實際生產中的混凝土框架結構的力學響應行為，諸如框架的彈塑性變形、框架的損傷甚至框架的破壞失效。我們知道一個有限元模型的準確性與模擬材料的本構模型選取之間具有不可分割的直接關系，那么就有必要對常見描述混凝土材料的本構模型進行對比分析，這也是本案例實施的意義所在。
2研究問題描述
基于上述對混凝土本構模型的思考及筆者使用聯合仿真的經驗，對基于ABAQUS的非關聯流動法則混凝土損傷模型與基于ANSYS/LSDYNA軟件的JHC本構模型進行了理論上的分析，分別通過ABAQUS軟件建立了混凝土框架模型并使用對應損傷模型、使用LSDYNA建立混凝土材料的JHC模型，最后對比觀察材料的損傷分布效果。
3混凝土損傷本構模型分析
3.1基于ABAQUS的非關聯流動法則的混凝土損傷模型
在ABAQUS中，創建混凝土材料的本構模型是通過工具箱中的create material命令進行的。模型首先定義混凝土的基本彈性屬性，主要是彈性模量、泊松比、密度。之后再定義混凝土損傷塑性塑性，主要是膨脹角、塑性勢偏移量、雙軸受壓初始屈服應力與單軸受壓初始屈服應力比值、K值、黏度系數五個參數。這些參數通過查閱《混凝土結構設計規范》均可以得到準確的參數值。最后通過定義混凝土損傷系數完成整個混凝土本構模型的建立，綜上，得出的混凝土材料的本構參數如表1所示。本文以已經建立的鋼筋混凝土框架模型為例，在ABAQUS中對其進行混凝土材料本構參數的操作如圖1所示。
展開 FRP約束混凝土CDP模型-Excel表格 ￥8.88
本內容基于Lam和Teng開的FRP約束混凝土模型所制作的Excel，可用于將其輸入直接到ABAQUS中，用于建立FRP約束混凝土FRP約束混凝土模型，具體如下：
模型介紹：
本模型基于Lam和Teng所開發的應力應變關系模型，在附件中。給予了論文pdf文件
CDP模型：
在表格中修改黃色部分即可得到應力應變及應變損傷關系，將關系輸入到ABAQUS中即可：
附件為：FRP約束混凝土CDP模型的Excel表格+應力應變關系論文
展開 ANSYS Workbench纖維混凝土3D
在ANSYS Workbench建立三維纖維混凝土模型可采用CAD隨機幾何3D插件建模后導入，模型包含球體粗骨料、圓柱體長纖維、水泥砂漿基體等不同組分。
在CAD隨機幾何3D插件內設置模型參數后運行，即可在AutoCAD內建立三維纖維混凝土模型，插件支持任意多組纖維或骨料的尺寸設置，可滿足不同級配的纖維混凝土模型。
在CAD內將模型導出為IGES格式文件，并導入到ANSYS Workbench內。可對幾何結構進行編輯，分圖層批量賦值材料屬性等。
在分析系統內對纖維混凝土模型進行后續的模擬。
CAD隨機幾何3D插件
https://www.yqgqt.org.cn/post/1873573
展開 輕骨料混凝土細觀損傷演化分析
輕骨料混凝土細觀損傷演化分析
1研究現狀
混凝土材料的準脆性斷裂破壞是裂紋萌生、穩定擴展和失穩擴展的過程。為描述和分析混凝土的斷裂行為，1961年，Kaplan［1］開始將線彈性斷裂力學方法引入到了混凝土結構的分析中。由于混凝土存在應變軟化現象，混凝土出現裂縫后，骨料與砂漿間仍存在著齒合的粘結效應，且混凝土的微觀裂縫和亞臨界裂縫尺寸相較于一般的金屬材料大幾個量級，故彈塑性斷裂力學的COD和J積分理論亦不適用于描述混凝土在細觀尺度上的斷裂損傷［2］。
近年來在細觀尺度上通過數值模擬來分析和研究混凝土的宏觀斷裂逐漸成為熱點。目前國內外學者提出了許多用于模擬混凝土斷裂損傷過程的細觀力學模型，主要分為連續和非連續裂縫模型兩類［3-4］。經典連續裂縫模型包括彌散裂紋模型［5］、鈍裂縫帶模型［6］、旋轉裂縫模型［7］等。經典的非連續裂縫模型包括格構模型［8］、剛體彈簧模型［9］、隨機力學特征模型［10］等。這些裂縫模型均難以對混凝土內部裂縫的萌生、擴展以及貫通的全過程進行直觀展示，且模型網格敏感性較大，收斂性較差。內聚力模型因能克服上述缺陷，是目前模擬材料斷裂使用較多的模型。
輕骨料混凝土具有輕質高強、保溫隔熱性能好、抗火性好和抗震性能良好等諸多優點，目前已成為僅次于普通混凝土用量最大的一種新型混凝土，得到了國內外的廣泛應用，國內外對輕骨料混凝土的力學性能、耐久性能等開展了較為廣泛的試驗研究，而有關輕骨料混凝土細觀層次上斷裂損傷演化分析和數值模擬研究仍然很少。基于連續損傷力學的內聚力模型是采用在實體單元之間嵌入內聚力單元的方法來模擬損傷以及斷裂行為。目前采用內聚力模型來模擬輕骨料混凝土單軸拉壓下損傷斷裂行為的還未見相關報道。
展開 
COMSOL隨機多面體骨料 三維凸多面體骨料 無規則孔隙 三維混凝土細觀 三維骨料模型
混凝土模型
三維混凝土細觀模型的建立是進行混凝土性能模擬的有效方法，而在comsol建模過程中隨機凸多面體骨料的生成是幾何模型的難點。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comsol軟件內，更方便材料賦值等操作。
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comsol內，這里建議每導入一部分后緊接著進行材料賦值操作，材料賦值完成并將該部分隱藏，然后再導入另一部分，否則可能會出現材料賦值難以選取的問題。
最后進行網格劃分、邊界條件、模擬計算等操作即可。
這里再放一張賦值不同材料后的模型：
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 COMSOL建立多邊形骨料ITZ二維混凝土細觀模型
混凝土細觀模型在有限元分析中突破傳統均質假設，通過精確模擬骨料、水泥漿體及界面過渡區的多相結構，精準預測微裂縫萌生、擴展與貫通過程。它顯著提升數值模擬精度，揭示損傷演化機制，為混凝土性能預測、結構優化設計提供科學依據，實現微觀結構到宏觀性能的精準關聯，有效支撐混凝土工程的可靠評估與創新設計。本案例介紹在COMSOL內建立包含骨料、砂漿、ITZ在內的多組分混凝土細觀有限元二維模型。
混凝土細觀模型中的粗骨料及界面過渡區ITZ幾何圖形通過CAD隨機多邊形插件2D專業版建模生成。在AutoCAD中建立混凝土細觀模型草圖后，將已分圖層繪制的各組分內容分別另存為dxf格式文件，以備導入到COMSOL內。
將保存的混凝土各組分圖形分別導入到COMSOL，并通過布爾運算建立多邊形骨料、ITZ、水泥砂漿基體混凝土細觀模型。具體操作步驟可參考下圖左側模型開發器中組件下的幾何模塊。
對混凝土細觀模型中的各組分分別設置材料屬性。
添加研究并劃分網格。
后續可根據研究的需要完成混凝土細觀有限元模型的仿真模擬。
展開 ABAQUS網格大小對混凝土本構模型影響的案例分析 附Abaqus混凝土材料模型解讀與參數設置 V2
不知道大家在做混凝土的有限元模擬時有沒有想過一個問題，我們輸入的混凝土本構和模型表現出來的本構是一樣的嗎？網格大小又對模型表現出來的本構有怎樣的影響呢？
本文就以ABAQUS模擬棱柱體混凝土試塊為例，混凝土強度等級為C110，棱柱體尺寸為100mm*100mm*300mm。（就是我們平常做高強混凝土軸心抗壓強度試塊的尺寸）
模擬數據
本文采用受壓本構數據如下：
本文采用受拉本構數據如下：
模擬時網格分別設為10mm、30mm、50mm和90mm。
加載方式采用在參考點處施加位移的方式，設置參考點與棱柱體頂面耦合。
邊界條件設置為與實際試塊加載的約束條件相同。
模擬結果
模擬得到的力和位移數據經過處理，可以得到應力和應變關系曲線，如下圖。
從模擬結果來看，網格大小確實對混凝土本構有影響。
1，整體趨勢來看，網格越小，混凝土模型表現出的抗壓強度越大，峰值應變越小，達到峰值后承載力下降越快，相當于混凝土越脆。
2，網格10mm和網格30mm的本構基本完全相同，但10mm網格的計算時間是30mm的8倍。因此采用10mm的網格不太經濟。
3，網格10mm和網格30mm的本構峰值強度比原始本構下降6.6%，網格50mm的下降了10.5%，網格90mm的下降了11.7%。下降幅度倒是差別不大。
所以網格的大小確實會影響模型的響應，導致其表現出的本構與實際不同。
下載地址：Abaqus混凝土材料模型解讀與參數設置 V2
展開 基于CAD-Abaqus的混凝土三維細觀模型建立(三)
第一部分查看：
基于CAD-Abaqus的混凝土三維細觀模型建立(一)
https://www.yqgqt.org.cn/post/1931155
第二部分查看：
基于CAD-Abaqus的混凝土三維細觀模型建立(二)
https://www.yqgqt.org.cn/post/1931552
4 骨料分布理論
在混凝土中，骨料之間會發生一定程度的堆積。當混凝土制備時，水泥、骨料和水混合后形成漿體，骨料會被均勻地分散其中。在澆筑混凝土并振實后，骨料會受到重力的作用逐漸堆積在一起，形成了混凝土的堅固結構。因此，在混凝土中，骨料之間會在一定程度上發生堆積，這提高了混凝土的密實性和強度。在模擬中，正確的骨料分布理論是確保混凝土模型有效性的重要前提。現有的混凝土骨料分布理論主要有以下幾種。
1). 最密填充理論：認為在給定體積內，骨料顆粒應當按照最密方式填充，以達到最佳的力學性能。
2). Fuller和Thompson理論：該理論提出了一種骨料分布曲線，即Fuller-Thompson曲線，用于描述混凝土中骨料的分布情況。
3). Mortar Theory：該理論考慮了混凝土中水泥漿體與骨料之間的相互作用，提出了一種更加綜合的骨料分布理論。
這些骨料分布理論在混凝土模擬中起著至關重要的作用，它們為構建準確的混凝土模型提供了理論基礎，有助于預測和優化混凝土的性能。
在細觀混凝土模擬領域中，Monte Carlo方法可以用于模擬隨機骨料的投放過程，從而研究骨料在混凝土中的分布情況。以下是一個簡單的Monte Carlo隨機混凝土骨料投放模型的基本步驟：
1).
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