細觀模擬的案例
【原創成果】細觀混凝土、UHPC數值建模與非線性斷裂模擬
作為典型的非均質工程復合材料，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、擴展至融合為宏觀裂縫的過程，該過程橫跨微觀、細觀、宏觀等多個尺度，因此采用多尺度實驗和計算模擬等手段進行研究成為自然的選擇。現有國內外研究一般將這些復合材料等效為各向同性均勻介質，建立模型比較方便，能夠獲得結構的宏觀響應例如荷載-位移曲線等。但這些宏觀均質模型未模擬隨機分布的骨料、纖維、界面及孔洞等細觀特征，較難精確闡明材料破壞的多尺度機理。與宏觀均質模擬相比，細觀計算模擬目前具有兩方面挑戰：一方面需要模擬復雜的細觀各相材料及其相互作用；另一方面需要求解大規模非線性方程，準確模擬損傷斷裂中的材料軟化現象。
目前，混凝土、UHPC細觀模型主要有兩種直接建模方法，一種是基于骨料、纖維的形態和分布予以假設的隨機骨料、隨機纖維模型，這種比較多見；另一種是近來國內外興起的基于XCT真實圖像的模型(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，歡迎大家批評指正。
還有一種非直接的細觀模擬方法， 即采用隨機場理論，也可以間接模擬細觀斷裂，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.
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泡沫混凝土細觀有限元模擬
通過孔隙尺寸、形態及空間分布特征的研究，有效模擬泡沫混凝土在載荷下的強度衰減規律與破壞演化機制，克服傳統均質模型預測的局限性。
泡沫混凝土細觀模型通過CAD隨機球體插件專業版V1.3建模生成，泡沫混凝土試件設置為邊長為150 mm的立方體試件，為保證有限元模擬中的網格能有效劃分，泡沫孔隙的最小間距設置為1 mm，泡沫孔隙的直徑設置為5 mm，模型共建立了10000余個不相交的孔隙。
在AutoCAD中將泡沫混凝土導出為iges格式文件后，以部件的形式導入到ABAQUS內。
如需考慮內部泡沫材料屬性對泡沫混凝土仿真結果的影響，也可將球體圖層內容導入ABAQUS，并對內部球體賦值材料。
通過EasyCDP Mortar&ITZ插件對泡沫混凝土中的水泥砂漿部分設置混凝土損傷塑性材料。
將泡沫混凝土建立裝配體設置分析步并施加受壓載荷。
進行泡沫混凝土細觀模型的網格劃分，本案例中采用二次四面體單元（C3D10M），全局種子尺寸2 mm，總單元數量為677萬個。
建立作業后可采用CDED插件設置對混凝土受損傷的失效單元進行刪除，提交作業并完成模擬。
后處理中也可使用SpectrumColor插件進行云圖顏色譜的一鍵更改，美化模擬結果。
展開 LSDYNA鋼球沖擊細觀混凝土模擬 ￥50
<p><br></p><p>算例為鋼球沖擊含骨料混凝土。骨料為多面體，由程序生成。</p><p>鋼球為JC模型，混凝土與骨料均為RHT模型。沖擊速度100m/s。</p><p>模型能夠清晰呈現沖擊荷載下含骨料混凝土的損傷演化情況。</p><div contenteditable="false" width="100%"><figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202407/attachment/17c47b2d77784386bdf90e504c0eafa6.png" style="text-align: center"><img src="https://img.jishulink.com/202407/attachment/17c47b2d77784386bdf90e504c0eafa6.png" style="" width="488"></figure></div><p><br></p><div contenteditable="false" width="100%">
<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202407/attachment/3a98768b1c584a8989422ee52fe29ea7.png" style="text-align: center">
<img src="https://img.jishulink.com/202407/attachment/3a98768b1c584a8989422ee52fe29ea7.png" style="" width="508" data-mobile-src="https://img.jishulink.com
展開 
LS-DYNA | 鎢銅射流細觀的數值模擬
有需求聯系qq：1772619227
本次計算的顆粒較大，鎢球顆粒應在2~8um，歐拉網格需要在1um才能保證鎢球的形狀
金屬鎢的沖擊阻抗較大，導致鎢材料大部分位于杵體部分。
ABAQUS混凝土細觀單軸受壓模擬
采用隨機骨料分布，模擬混凝土單軸受壓力學行為。
《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 混凝土細觀模型壓縮拉伸數值模擬
基于Python語言對abaqus進行二次開發，從細觀層面建立混凝土細觀模型，根據瓦拉文公式計算出多級配骨料含量，實現多級配骨料隨機投放與干涉檢驗，建立圓形，多邊形骨料模型。基于細觀模型壓縮，拉伸數值模擬調試收斂。需要幫助私聊我QQ827590183
ANSYS/LS-DYNA三相細觀骨料混凝土SHPB沖擊壓縮模擬
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 ABAQUS基于CT斷層掃描的細觀混凝土三維重建數值模擬
本文介紹一種基于混凝土CT斷層掃描圖像在Abaqus有限元軟件內進行三維混凝土細觀模型的建模方法，實現混凝土粗骨料及砂漿的三維重構并對其采用塑性損傷模型（CDP）進行有限元模擬。
首先采用X射線CT技術獲取混凝土的斷層掃描圖像數據。
在Abaqus CAE軟件內，采用AbyssFish CT2Model 3D V1.0插件對CT斷層掃描文件在Abaqus內進行細觀混凝土三維重建。
三維重建的混凝土細觀模型包括粗骨料、砂漿基體雙相材料。
由于在混凝土中粗骨料強度遠高于砂漿部分，混凝土在發生破壞時粗骨料一般不斷裂，因此模型中僅對砂漿部分設置混凝土損傷塑性（Concrete Damaged Plasticity）材料參數。
對模型添加分析步，并設置場輸出及歷程輸出。
添加載荷，混凝土模型上表面指定一個位移，對下表面添加約束，以模擬混凝土試件的單軸受壓狀態。
創建并提交作業，查看混凝土細觀模型的破壞結果。
展開 COMSOL混凝土細觀單軸拉伸斷裂模擬基于相場損傷模型
混凝土細觀模型
構建骨料、砂漿、界面過渡區三種組分的混凝土細觀模型，模型構建采用CAD隨機多邊形顆粒插件進行參數化建模生成，操作詳細步驟可參考：【COMSOL隨機多邊形骨料及界面過渡區ITZ建模】
插件中粗骨料采用多邊形模型，骨料的位置以隨機投放的算法進行實現，骨料多邊形形狀及邊數可通過參數進行定義；界面過渡區（ITZ）采用單獨的部件，分布于粗骨料與砂漿之間，以此來獲得表征混凝土細觀特征的隨機骨料模型。
相場斷裂理論
現階段在有限元框架下模擬裂紋擴展的數值分析方法主要有單元刪除法、界面單元法、擴展有限元 (XFEM)等；相場理論是通過在尖銳裂縫擴展的邊界引入0~1的相場來反映材料的損傷或斷裂程度，通過相場的控制方程來實現變量的演化。相場 (phase-field) 斷裂模型是一種彌散式裂紋模型，是基于傳統 Griffith理論, 通過能量平衡理論研究裂紋的擴展行為，與其他斷裂理論相比，相場理論具有便于描述裂紋的形成、分岔等復雜情況，網格敏感性較小等優點。
模型樣圖
建模采用的CAD模型樣圖可在下面鏈接下載：
https://www.yqgqt.org.cn/post/1787116
展開 
混凝土細觀斷裂模擬-XFEM-擴展有限單元法
利用 隨機生成混凝土骨料，建立2D或者3D模型，采用XFEM模擬裂縫擴展
3D彎曲斷裂例子可見：
http://forum.simwe.com/thread-1134530-1-1.html
基于相場損傷模型的混凝土細觀壓縮斷裂模擬
混凝土斷裂的數值模擬與斷裂理論、物理試驗相互印證與補充,并隨著科技發展不斷地提高著混凝土斷裂問題模擬的準確性。近年發展起來的斷裂相場法,通過場變量的自動演化獲取裂紋路徑,可方便地模擬出裂紋的動態擴展過程。因此本案列將采用基于<a href="/major/<a href="/major/ABAQUS的斷裂相場模型實現對混凝土斷裂問題的模擬分析并探討該模型的工程實際適用性
理論基礎
相場法是一種以經典熱、動力學理論為基礎,由耦合的非線性的力平衡方程和相場梯度型演化方程組合而成的唯象方法。該方法引入一組場變量來描述結構的相變過程。與銳界面法中場變量的不連續性相反的是,相場法中場變量在界面區域具有連續性,可以用來描述材料初始時和完全破壞之間的平滑過渡。相場變量能分成保守的場變量與非保守的場變量兩種,總量在物體結構演化中保持不變的為保守的場變量,如原子和電荷的濃度場;總量在物體結構演化中為不守恒的并從0到1變化的是非保守的場變量,如馬氏相變。
Frankfort和Marigo基于能量最小化原理提出了Griffith理論的變分形式。描述斷裂的相場法中材料勢能分為兩部分，彈性應變能和表面能，分別對應于完好相和斷裂相。Griffith理論的泛函形式可以表達為:
其中是對稱的小應變張量，代表裂紋面，Ω為求解區域。斷裂問題系統自由能由彈性應變能(等號右邊第一項)和斷裂表面能(等號右邊第二項)構成，裂紋的擴展受自由能最小化原理控制。通過求能量泛函的極值可以獲得材料系統的控制方程。
采用有限寬度的彌散區域來近似表征離散裂紋面，如圖 1所示。所有場變量均是全域連續。采用一個標量d來表征材料的狀態，稱之為相場。d=1代表材料完全失效，d=0代表材料完好無損。
展開 Abaqus 混凝土多邊形骨料生成插件 ￥188
Abaqus隨機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觀模型，模型包含砂漿區域、多邊形骨料、界面過渡區（Interface Transition Zone, 簡稱ITZ）等部分。可用于混凝土細觀模擬等方面。
使用須知：
1、集料的的最小邊數不宜小于5；
2、集料所能達到的最大體積比與集配及最小間距關系較大；
3、實際生成的界面過渡區厚度與設計值略有偏差；
注意：軟件需要注冊，將注冊編號發給作者獲取注冊文件。
可聯系作者QQ：1135122921 獲取軟件及完成注冊，價格一致。
注冊編號見插件運行后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菜單下運行。
展開 混凝土細觀模擬中如何實現材料的速率效應？
利用CEB規范中的公式計算出混凝土DIF值，將其作為參數計算出混凝土在不同應變率下的材料特性，以此考慮材料率相關效應。請問如何在abaqus中實現呢？
