三維骨料的案例
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(shù)值模擬中，粗骨料的分布狀態(tài)對其力學(xué)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(nèi)，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(fā)生沉降堆積。現(xiàn)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(xiàn)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(gòu)建三維多面體粗骨料細觀混凝土模型，并在此基礎(chǔ)上采用ABAQUS進行受壓試驗的數(shù)值模擬。該方法能夠更準確地復(fù)現(xiàn)實際工程中混凝土試件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，對于細觀尺度下混凝土材料參數(shù)的標定及損傷機理研究具有重要的參考價值和指導(dǎo)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(shù)設(shè)置方面，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)置150 mm；根據(jù)《建設(shè)用卵石、碎石》GB/T14685-2011，粗骨料尺寸大于4.75 mm，本模型中設(shè)置骨料最小粒徑4.8 mm，最大粒徑25 mm；骨料分三組設(shè)置，每組設(shè)置的粒徑區(qū)間及數(shù)量應(yīng)根據(jù)混凝土配合比及顆粒級配綜合確定，相關(guān)內(nèi)容可參照《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》JGJ55-2011及《建設(shè)用卵石、碎石》GB/T14685-2011第7.3條顆粒級配篩分試驗；骨料面數(shù)、最小邊長等參數(shù)可根據(jù)工程中采用的骨料真實形態(tài)進行極大似然估計確定。
參數(shù)設(shè)置完成后運行插件，進行三維骨料重力堆積模擬，到達設(shè)定的堆積運行時間后，插件自動進行AutoCAD的模型繪制。
展開 COMSOL隨機多面體骨料 三維凸多面體骨料 無規(guī)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(xiàn)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(nèi)生成所需要的三維混凝土細觀模型。
將該模型分圖層導(dǎo)出為.iges格式文件，這里分圖層導(dǎo)出是為了可以分部件導(dǎo)入到comsol軟件內(nèi)，更方便材料賦值等操作。
本模型共導(dǎo)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(dǎo)入到comsol內(nèi)，這里建議每導(dǎo)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(dǎo)入另一部分，否則可能會出現(xiàn)材料賦值難以選取的問題。
最后進行網(wǎng)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 各種二維三維混凝土骨料、再生骨料、顆粒增強復(fù)合材料幾何微觀模型
? 二維——多邊形骨料（再生骨料）
可控參數(shù)：模型尺寸，顆粒占比，級配范圍（體積分數(shù)+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(shè)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(shù)：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(shù)+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(diào)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(shù)：模型尺寸，顆粒占比，級配范圍（體積分數(shù)+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(jù)級配會有所變化。
? 二維——邊界為特殊形狀，內(nèi)嵌骨料可選
可控參數(shù)：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(shù)+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(diào)控，投放比例最高可達80%。
? 三維——隨機分布纖維
可控參數(shù)：模型尺寸，纖維數(shù)量或者體積分數(shù)，級配范圍（纖維直徑、長度+纖維數(shù)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(jù)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(shù)：模型尺寸，總顆粒占比，級配范圍（體積分數(shù)+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(diào)控，投放比例根據(jù)級配變化。
? 二維——橢圓骨料
可控參數(shù)：模型尺寸，總顆粒占比，級配范圍（體積分數(shù)+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(diào)控，投放比例最高可達80%。
展開 三維隨機多面體骨料（隨機多邊形）建模
第三步對正六面體模型進行隨機切割，切割過程中應(yīng)保證骨料模型為凸多邊形。
第四步取出所需的隨機多面體骨料模型。
4.主要代碼
開發(fā)單個三維隨機骨料模型可先在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(fā)。小編為大家提供了部分代碼如下（主要摘自rpy文件，僅供參考），如需完整代碼或者python開發(fā)教學(xué)可聯(lián)系小編（qq1871858827）。
ANSYS隨機骨料 纖維混凝土 三維隨機纖維骨料 隨機纖維 隨機裂縫 隨機幾何模型
1、ANSYS三維纖維骨料混凝土：
2、ANSYS球形試件隨機模型：
3、ANSYS隨機裂縫巖石節(jié)理裂隙
建模插件：
CAD隨機幾何3D插件
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(gòu)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(nèi)的粗骨料，部分學(xué)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(guī)則的多面體形式，這就使得模型與實際產(chǎn)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(xiàn)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(nèi)生成所需要的三維混凝土細觀模型。
將該模型分圖層導(dǎo)出為.iges格式文件，這里分圖層導(dǎo)出是為了可以分部件導(dǎo)入到Abaqus軟件內(nèi)，更方便材料賦值、網(wǎng)格劃分等操作。
本模型共導(dǎo)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(dǎo)入到Abaqus內(nèi)，對部件進行裝配。
最后進行材料賦值、接觸指定、網(wǎng)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 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(nèi)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(nèi)的骨料采用的是實體的球體。纖維及骨料均可設(shè)置不同的尺寸，并且各類型的數(shù)目不受限制，即可設(shè)置多種纖維及球體骨料大小。
研究進展
在Abaqus內(nèi)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(gòu)件是主要的難點所在。
為了在Abaqus內(nèi)建立混凝土模型，有學(xué)者采用Abaqus命令的方式，但這需要有一定的程序設(shè)計基礎(chǔ)，并且需要反復(fù)改參、調(diào)試，極為不便。也有采用Abaqus混凝土建模插件實現(xiàn)的方式，這極大的節(jié)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(xiàn)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(dǎo)入到Abaqus內(nèi)的方式。可實現(xiàn)多種混凝土模型的快速構(gòu)建。CAD導(dǎo)入Abaqus的方法簡單，將CAD文件輸出為.sat格式，然后在Abaqus內(nèi)選擇導(dǎo)入部件，選擇對應(yīng)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 Abaqus三維隨機骨料模型的建立（多邊形、球形等）
問題引入
混凝土是由粗骨料、細骨料、水泥水化產(chǎn)物、孔隙及裂紋等組成的非均質(zhì)復(fù)合材料。由于混凝土組成成分多,且各成分力學(xué)性能各異,為了深入研究混凝土的各項性能,細觀數(shù)值模擬方法已經(jīng)越來越多地被人們研究使用。研究表明:使用數(shù)值模擬方法能夠充分考慮骨料分布的隨機性、材料的非均勻性以及各組分之間的相互作用,從而可以進一步真實地揭示混凝土內(nèi)部的損傷和微裂縫的發(fā)展過程,更為準確地描述混凝土的宏觀力學(xué)行為。
因此，建立一個充分考慮骨料分布的隨機性、材料的非均勻性以及各組分之間的相互作用的三維模型，對于混凝土的有限元分析結(jié)果的準確性至關(guān)重要。
二。模型建立
由于需要充分考慮混凝土內(nèi)部細觀結(jié)構(gòu)的隨機性，必須編寫程序進行骨料投放。本文以Matlab作為軟件平臺，成功完成了三維隨機骨料程序的編寫，生成的骨料模型如下：
同樣也可以通過Python腳本語言編寫相關(guān)程序，生成的球形骨料如下：
程序具體的實現(xiàn)方式可以參考這篇文獻，文獻鏈接：
https://wenku.baidu.com/view/767b1bb365ce050876321303.html
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展開 POLARIS_MesoConcrete V2.1版本更新說明
7）在原有模型基礎(chǔ)上同時生成網(wǎng)格拓撲骨料和幾何刨分骨料的有限元模型，拓撲骨料是在原有網(wǎng)格基礎(chǔ)上，通過單元分組定義材料屬性，實現(xiàn)骨料、漿體以及界面單元的區(qū)分；
8）支持富勒公式的二維、三維骨料級配、以及泰波三維骨料級配；
9）如果需要更多級配或骨料形式，可以提供計算公式，進行定制化開發(fā)。
【插件更新】
【V2.1】2020年07月05日發(fā)布
更新內(nèi)容：
完善：刪除原三維48面體骨料，改為12面體和24面體骨料，降低模型復(fù)雜度，提高生成率；
完善：優(yōu)化嵌入算法，極大降低骨料相互嵌入概率，同時提升嵌入速率；
新增：二維正多邊形骨料、隨機多邊形骨料以及三維多面體骨料，增加橢化系數(shù)；
新增：建模的區(qū)域類型增加：二維矩形（Box_2D）和三維長方體（Box_3D）兩種方式，并可以定義周期性幾何條件，且當選擇二維矩形時，可拉伸為三維平板模型；
新增：級配表格中新增骨料類型定義，可實現(xiàn)不同級配骨料定義不同形狀骨料；
新增：骨料間隙定義
新增：級配定義的查看和存儲功能。
展開 ABAQUS三維隨機多面體骨料及ITZ細觀混凝土建模
在混凝土結(jié)構(gòu)中，粗骨料與水泥砂漿之間的界面過渡區(qū)（ITZ）是決定混凝土承受荷載能力的關(guān)鍵因素之一,研究表明，混凝土在承受外力時的破壞主要發(fā)生在界面過渡區(qū)的損傷。本案例介紹通過CAD隨機多面體&過渡區(qū)3D插件建立隨機分布的三維多面體骨料及界面過渡區(qū)細觀混凝土模型，并將模型導(dǎo)入ABAQUS內(nèi)進行多相材料的指定。
在AutoCAD軟件內(nèi)，采用CAD隨機多面體&過渡區(qū)3D V1.0插件建立隨機投放的多面體骨料、界面過渡區(qū)(ITZ)部件及水泥砂漿基體三維模型。插件在建模時已將不同組分分圖層繪制，方便批量導(dǎo)出及后續(xù)的材料指定。這里將砂漿、ITZ、不同粒徑的骨料分別導(dǎo)出為iges格式文件。
將導(dǎo)出的iges模型文件以部件的形式導(dǎo)入到ABAQUS內(nèi)。
可對多面體骨料、ITZ、砂漿分別手動設(shè)置材料，也可采用EasyCDP插件快速生成混凝土損傷塑性材料后，再指派到砂漿及ITZ部件。
在裝配中將兩組多面體骨料、水泥砂漿、過渡區(qū)部件進行裝配，完成三維細觀混凝土模型的建模。
CAD_隨機多面體&過渡區(qū)插件
https://www.yqgqt.org.cn/post/1909149
展開 ANSYS Workbench三維隨機多面體骨料混凝土細觀
在三維混凝土細觀的有限元模擬中，混凝土細觀幾何模型的建立是仿真前提，也是其難點。在ANSYS內(nèi)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(shù)，是三維混凝土細觀有限元仿真模擬的關(guān)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(nèi)參數(shù)化建模后導(dǎo)入Workbench，插件可指定多面體骨料的三組粒徑范圍，以實現(xiàn)不同級配的混凝土細觀模型；可設(shè)置每組粒徑的骨料數(shù)量，以實現(xiàn)不同的骨料比例；可設(shè)置多面體的面數(shù)，以匹配不同的骨料外形。
在AutoCAD內(nèi)將隨機骨料模型導(dǎo)出為IGES格式后，即可導(dǎo)入到ANSYS Workbench內(nèi)。導(dǎo)入的模型包含圖層信息，可在SpaceClaim內(nèi)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(nèi)對三維多面體骨料混凝土細觀模型進行后續(xù)的模擬操作。
模型導(dǎo)入后，ANSYS會自動設(shè)置骨料與外側(cè)基體的接觸對，如默認設(shè)置不符也可手動調(diào)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
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(gòu)建混凝土細觀結(jié)構(gòu)，克服了傳統(tǒng)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(xiàn)高骨料占比下的力學(xué)響應(yīng)模擬，為混凝土損傷機理研究、材料參數(shù)標定及多尺度耦合分析提供可靠依據(jù)。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)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(nèi)建立模型后將骨料導(dǎo)出為iges格式文件。
在ABAQUS CAE中將骨料模型導(dǎo)入建立部件，如需對不同骨料分別設(shè)置材料屬性也可將骨料分為三個部件分別導(dǎo)入。
對混凝土細觀模型中的各組分設(shè)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(wǎng)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(dǎo)出卵石狀骨料模型，并導(dǎo)入到ABAQUS內(nèi)。
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(shù)值模擬視頻教程。
展開 三維隨機骨料模型 ￥49.99
MATLAB三維圓形隨機骨料模型，可用于生成不同粒徑及集配的骨料。
abaqus的三維幾何體建模插件(線條/圓柱/橢球/球體)--Abaqus Geometry 2.0
圖2.2 三維橢球骨料填充模塊
2.4 球體骨料填充模塊
2.3.1 長方體邊界球體骨料填充模塊
用于在長方體邊界內(nèi)填充球體骨料，支持指定球體骨料尺寸范圍，并可控制球體骨料間的最小間距。
圖2.3 三維球體骨料填充模塊(長方體邊界)
2.3.2 圓柱邊界球體骨料填充模塊
用于在圓柱邊界內(nèi)填充球體骨料，支持指定球體骨料尺寸范圍，并可控制球體骨料間的最小間距。
圖2.4 三維球體骨料填充模塊(圓柱邊界)
2.3.3 雙層球體骨料填充模塊
用于在長方體邊界內(nèi)填充雙層球體骨料，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2.5 三維雙層球體骨料填充模塊
2.4 梯度球體骨料填充模塊
用于在長方體邊界內(nèi)梯度填充球體骨料，可控制球體骨料間的最小間距。
圖2.6 三維梯度球體骨料填充模塊
3. 使用示例
3.1 二維矩形骨料填充模塊
在50x50的矩形邊界上填充寬度為2.5，長度在1~10變化的矩形骨料，按最大數(shù)量填充，填充結(jié)果如下圖所示，填充率可達40%左右。
圖3.1 二維矩形骨料填充示例
3.2 三維球體骨料填充模塊
在50x50x50的長方體邊界內(nèi)，填充最大600個半徑為5.0的球，最小間距為0.001，下圖為兩種不同算法生成結(jié)果對比：
(a) Random算法生成結(jié)果 (121)
(b) Optimization算法生成結(jié)果 (221)
圖3.2 Random和Optimization算法球體骨料填充對比
從結(jié)果中可以看出，Optimization算法填充率遠高于Random算法，能夠得到更加致密的骨料填充模型。
展開 ABAQUS三維隨機骨料模型
混凝土三維隨機圓形骨料模型。
