abaqus混凝土細觀的案例
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 ABAQUS二維隨機多邊形骨料界面過渡區混凝土細觀建模
ABAQUS二維隨機多邊形骨料及界面過渡區（ITZ）的混凝土細觀建模研究，可有效揭示混凝土內部多相復合結構的力學響應機理。該模型能夠真實反映骨料隨機分布特征及ITZ對裂縫萌生與擴展的影響，為準確模擬混凝土損傷演化過程、預測宏觀力學性能提供理論基礎，對提升混凝土結構耐久性與安全性具有重要意義。本案例介紹在ABAQUS內建立多邊形骨料、界面過渡區（ITZ）、水泥砂漿基體多相材料混凝土細觀有限元模型。
混凝土細觀模型采用CAD隨機多邊形2D插件專業版參數化建模生成，將CAD中的混凝土各組分內容分別另存為dxf格式，以備導入ABAQUS內。
在ABAQUS內將混凝土細觀圖形以草圖的形式分別導入。
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置材料屬性，如進行混凝土細觀力學分析時，可采用EasyCDP Mortar&ITZ插件快速設置混凝土損傷塑性材料模型參數。
將混凝土細觀模型中的砂漿、骨料、ITZ部件進行裝配。
進行混凝土細觀模型的網格劃分，可采用四邊形或三角形單元類型。
后續可根據研究的需要進行混凝土細觀模型的模擬分析，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混凝土細觀受壓開裂論文復現視頻
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建混凝土細觀結構，克服了傳統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，可實現高骨料占比下的力學響應模擬，為混凝土損傷機理研究、材料參數標定及多尺度耦合分析提供可靠依據。本案例介紹在ABAQUS內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內建立模型后將骨料導出為iges格式文件。
在ABAQUS CAE中將骨料模型導入建立部件，如需對不同骨料分別設置材料屬性也可將骨料分為三個部件分別導入。
對混凝土細觀模型中的各組分設置不同的材料屬性，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出卵石狀骨料模型，并導入到ABAQUS內。
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值模擬視頻教程。
展開 ABAQUS二維混凝土細觀靜力學單軸壓縮損傷破壞模擬案例
ABAQUS二維混凝土細觀靜力學單軸壓縮損傷破壞模擬
https://www.yqgqt.org.cn/video/c247256
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).
展開 ABAQUS二維混凝土細觀模型的數字化重建技術(二)圖像映射
上篇文章介紹了基于圖像進行混凝土細觀模型的幾何重構法，詳細步驟可查看下面的連接。
ABAQUS二維混凝土細觀模型的數字化重建技術(一)幾何重構
https://www.yqgqt.org.cn/post/1990726
本篇介紹二維混凝土細觀模型在ABAQUS中數字化重建技術的第二種方法——基于ABAQUS背景網格的圖像映射方法。混凝土圖像前處理部分與第一種方案一致，這里不多做贅述，將處理完成的混凝土圖像通過ABAQUS Image To Part 2D插件進行導入，導入時縮放比例參數（Scaling）設置為0.3，可將分辨率為500×500 px的圖像建立尺寸為150×150 mm的試件模型（0.3 = 150/500）。模型建立后采用EasyCDP Mortar&ITZ插件設置混凝土損傷塑性材料參數，本案例不考慮骨料的損傷破壞。
設置分析步、載荷后建立作業，并在提交作業前采用ABAQUS CDED插件設置混凝土開裂。
提交作業完成模擬分析。
展開 abaqus混凝土塑性損傷（CDP）細觀模型
abaqus混凝土塑性損傷細觀模型-基于隨機骨料建模
ABAQUS二維混凝土細觀模型的數字化重建技術(一)幾何重構
在基于ABAQUS開展混凝土細觀力學模擬時，數字化重建技術是構建能夠真實反映混凝土內部多相結構（如骨料、砂漿、界面過渡區ITZ及孔隙等）的關鍵前置步驟。混凝土細觀模型研究中主流的數字化重建方法主要分為以下兩類：一是幾何重構法，從CT或照片圖像中提取真實骨料輪廓，通過AutoCAD等軟件重建混凝土骨料、ITZ幾何模型，再導入ABAQUS進行網格劃分；二是圖像映射法，將混凝土高分辨率掃描圖像通過預處理將不同材料進行顏色區分后，通過ABAQUS插件直接轉化為有限元網格單元，并依據圖像顏色差異劃分材料相。本案例介紹混凝土細觀模型的幾何重構法，圖像映射法將在下篇文章中進行詳細說明。
首先對混凝土細觀的掃描圖像進行預處理，明確區分骨料（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（紅色）。在進行邊界提取時，提取維度選擇二維，邊界附著選擇黑色（即附著在骨料上），邊界顏色可設置為白色，方便下一步的CAD導入，本案例通過二次加厚處理兩次，將過渡區厚度設置為三個像素寬度。
采用CAD圖像導入插件分別導入邊界提取前后的圖片，形成ITZ外邊界及骨料邊界的CAD線條圖。插件導入CAD后的模型尺寸與圖片分辨率一致，需在CAD內進行模型縮放以達到實際的模型尺寸，例如圖片分辨率是500×500 px，實際的模型尺寸為150×150 mm，則需要進行的縮放比例為：150/500。
CAD模型處理完成后，將骨料、ITZ、砂漿圖分別另存為dxf格式文件，并以草圖的形式導入到ABAQUS內，然后在ABAQUS中使用導入的草圖建立相應的部件。
展開 ABAQUS混凝土細觀3D模型-含界面過渡區的多面體骨料密堆積
混凝土細觀結構對其宏觀力學性能具有決定性影響。界面過渡區（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行為與耐久性。在ABAQUS中構建含界面過渡區的多面體骨料密堆積3D模型，能夠真實反映混凝土細觀非均質特性，精確模擬骨料形態、分布及界面行為對材料性能的影響機制。該研究為揭示混凝土損傷演化規律提供理論支撐，對優化配合比設計、提升結構耐久性具有重要學術價值與工程應用前景。
三維混凝土細觀模型通過CAD多面體&過渡區密堆積3D插件建立，模型中不同粒徑分組的骨料及ITZ均已分圖層，同一模型中最高支持設置七相不同種類的材料。
通過AutoCAD軟件將骨料、ITZ、水泥砂漿部件分別導出為iges格式文件后，再以部件的形式導入到ABAQUS內建立混凝土細觀有限元三維模型。
分別設置骨料、界面過渡區、水泥砂漿的材料屬性，并進行指派截面。
可根據研究的需要設置分析步、相互作用及載荷，并進行混凝土細觀模型的裝配操作。
進行混凝土細觀三維模型的網格劃分，本案例中采用二次四面體單元（C3D10）,單元數量為362萬個。
在使用插件建立混凝土細觀三維幾何模型時，應合理設置建模參數，以確保網格劃分的質量。
展開 基于CAD-Abaqus的混凝土三維細觀模型建立(二)
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
3 隨機凸多面體骨料模型的生成
在力學上，凸多面體幾何結構具備更好的力學性能和穩定性，因此常見的混凝土中，粗骨料形態也多呈現為三維凸多面體形。隨機凸多面體模型的構建采用CAD_隨機多面體&過渡區3D插件。插件采用球體隨機切割方法，實現任意面數的多面體（碎石）骨料模型構建算法；采用空間三角網格碰撞算法，實現多面體的無干涉投放。插件詳情可查看公眾號【淵魚科技】。
3.1多面體骨料生成
單個凸多面體骨料的生成采用球體隨機切割算法，算法的基本原理為首先在球體表面隨機生成點位，通過點位的空間順序構建切割面，對球體進行切割操作，以構建單個凸多面體骨料模型。
隨機點位生成：在球體的表面隨機選擇點。通過在球坐標系統中隨機選擇角度來實現，然后將其轉換為笛卡爾坐標。確保生成的點位分布相對均勻，以避免在后續步驟中產生過于復雜或不均勻的切割面。
構建切割面：根據生成的點位，采用空間排序算法，確定切割面的空間順序。通過檢查切割面的法線方向，確保切割面的法線均指向球體外部。
切割球體：使用構建的切割面對球體進行切割操作，并確保切割操作不會產生非凸的部分。
插件可通過控制切割面數目，根據用戶設定的面數，在三維球體上進行切割操作，從而生成具有不同面數的多面體骨料模型。
展開 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基于實體建模及背景網格的細觀混凝土切片重建有限元模擬對比
<p>在基于實際混凝土斷面圖像進行混凝土細觀有限元模型重建研究方面，主要可采用兩種方式實現：一是根據圖像數據建立實體模型；另一種是采用材料映射單元的方式將不同組分建立背景網格。</p><p><span style="color: rgb(25, 27, 31);">本文將基于以上兩種方式，通過混凝土切片圖片建立二維混凝土細觀有限元模型，并對模型進行軸壓模擬分析。</span></p><div contenteditable="false" width="100%">
<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202408/attachment/a9bf5ecde5164e109eb7f6fba6fbe60d.png" style="text-align: center">
<img src="https://img.jishulink.com/202408/attachment/a9bf5ecde5164e109eb7f6fba6fbe60d.png" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202408/attachment/a9bf5ecde5164e109eb7f6fba6fbe60d.png?image_process=/format,webp/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202408/attachment/a9bf5ecde5164e109eb7f6fba6fbe60d.png?
展開 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。
ABAQUS泡沫混凝土細觀有限元模擬
在ABAQUS中構建含水泥砂漿基體與大量隨機分布孔隙的三維泡沫混凝土幾何模型，對深入探究其微觀結構與宏觀力學性能的關聯具有重要理論價值。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。
展開 基于CAD-Abaqus的混凝土三維細觀模型建立(一)
摘要
混凝土作為一種三相復合材料，從細觀層面來說是由粗骨料、砂漿和過渡區（界面層）組成。這三種材料具有不同的力學特性，在混凝土的性能中起著重要作用。過去，主要基于宏觀層次的混凝土力學研究已經不能很好地解釋混凝土材料的損傷和破壞機理。由于骨料形態的復雜性和空間分布的隨機性，建立一個能反映混凝土實際骨料級配、含量及其形態的隨機骨料模型并進行有限元分析，是深入解釋混凝土損傷機理的關鍵，也為研究混凝土性能提升提供了高效的方向指導。本文通過使用CAD插件實現Abaqus的模型構建，建立包含球形、凸型多面體（碎石）骨料，并考慮了界面層的三維混凝土細觀隨機模型，并對骨料的空間分布進行探討。
1 引言
本文運用CAD插件進行模型建立，并將模型導入Abaqus內，實現了隨機骨料模型建模，極大地簡化了混凝土細觀力學研究的工作量。結合了參數化建模的思想，提出球形骨料生成算法，在此基礎上進一步提出多面隨機剖切算法,生成了隨機凸型多面體骨料模型。同時,采用干涉判別算法,分別對球形骨料和多面體骨料進行了投放試驗，形成包含骨料、砂漿、過渡區在內的三相混凝土模型。多面體骨料投放算法采用嚴格的空間三角網格碰撞數學運算,且提高了骨料體積含量。通過重力堆積算法，模擬混凝土中骨料的排列和分布情況。CAD插件內置的建模算法可以做到骨料、界面層、骨料分布的多參數控制，對于高效構建符合真實情況的混凝土細觀模型具有重要意義。
2 三維球形骨料模型的生成
參數化建模允許研究者通過調整一系列參數來控制模型的特性，例如骨料的大小、級配、分布等。這種可控性使得研究者能夠靈活地模擬不同情況下的混凝土結構，更好地理解材料的行為。三維球體骨料模型的構建采用CAD隨機球體顆粒&過渡區插件。
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