混凝土細(xì)觀模擬
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-08-27
混凝土細(xì)觀模擬的視頻教程
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
可能會(huì)說，即使這樣纖維仍然還會(huì)有很多的區(qū)域可以投放，但混凝土中存在著成百上千甚至上萬個(gè)的骨料，投放纖維之前遍歷已有骨料的坐標(biāo)后，再按照這樣局限的方法進(jìn)行判斷，纖維存在的區(qū)域勢必大大降低，生成出來的纖維分布狀態(tài)并不樂觀。 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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三維細(xì)觀隨機(jī)骨料混凝土數(shù)值模擬/python前處理建立隨機(jī)骨料混凝土
后處理可導(dǎo)出混凝土損傷演變過程及立方體抗壓力-位移曲線。 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)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
后處理可導(dǎo)出混凝土損傷演變過程及立方體抗壓力-位移曲線。 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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混凝土細(xì)觀模擬的實(shí)例教程
模型實(shí)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(shí)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(jìn)展
在Abaqus內(nèi)建立混凝土細(xì)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(jìn)行混凝土性能研究的主流方法之一。而在進(jìn)行Abaqus混凝土細(xì)觀模擬時(shí)，隨機(jī)骨料及隨機(jī)纖維等幾何模型的構(gòu)件是主要的難點(diǎn)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(jì)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(shí)現(xiàn)的方式，這極大的節(jié)省了模型建立的耗時(shí)，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(shí)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(shí)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(jī)幾何模型。
插件介紹
本插件可以生成多種形式的隨機(jī)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(jìn)行模型簡化的，均可采用這種方式進(jìn)行建模。
插件的詳細(xì)介紹及下載見下方鏈接：
CAD隨機(jī)幾何3D插件
展開 在混凝土細(xì)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(jī)分布在混凝土試件內(nèi)，而實(shí)際工程中混凝土試件在澆筑完成后的振搗操作會(huì)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(jī)投放的算法難以真實(shí)反映這一物理過程，同時(shí)也難以實(shí)現(xiàn)工程中常見的較高粗骨料體積占比。
為解決當(dāng)前混凝土細(xì)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(xì)觀混凝土模型，并在此基礎(chǔ)上采用ABAQUS進(jìn)行受壓試驗(yàn)的數(shù)值模擬。該方法能夠更準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)實(shí)際工程中混凝土試件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，對于細(xì)觀尺度下混凝土材料參數(shù)的標(biāo)定及損傷機(jī)理研究具有重要的參考價(jià)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50010-2010（2024年版）4.1.1條，立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)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(jì)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(yàn)；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(shí)形態(tài)進(jìn)行極大似然估計(jì)確定。
參數(shù)設(shè)置完成后運(yùn)行插件，進(jìn)行三維骨料重力堆積模擬，到達(dá)設(shè)定的堆積運(yùn)行時(shí)間后，插件自動(dòng)進(jìn)行AutoCAD的模型繪制。
展開 在三維混凝土細(xì)觀的有限元模擬中，混凝土細(xì)觀幾何模型的建立是仿真前提，也是其難點(diǎn)。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(xì)觀有限元仿真模擬的關(guān)鍵。
隨機(jī)多面體骨料3D模型的建立可采用CAD隨機(jī)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(shí)現(xiàn)不同級配的混凝土細(xì)觀模型；可設(shè)置每組粒徑的骨料數(shù)量，以實(shí)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(jī)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(jìn)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(xì)觀模型進(jìn)行后續(xù)的模擬操作。
模型導(dǎo)入后，ANSYS會(huì)自動(dòng)設(shè)置骨料與外側(cè)基體的接觸對，如默認(rèn)設(shè)置不符也可手動(dòng)調(diào)整修改。
對模型施加荷載并進(jìn)行仿真分析。
CAD隨機(jī)多面體3D插件
https://www.yqgqt.org.cn/post/1893948
展開 在基于ABAQUS開展混凝土細(xì)觀力學(xué)模擬時(shí)，數(shù)字化重建技術(shù)是構(gòu)建能夠真實(shí)反映混凝土內(nèi)部多相結(jié)構(gòu)（如骨料、砂漿、界面過渡區(qū)ITZ及孔隙等）的關(guān)鍵前置步驟。混凝土細(xì)觀模型研究中主流的數(shù)字化重建方法主要分為以下兩類：一是幾何重構(gòu)法，從CT或照片圖像中提取真實(shí)骨料輪廓，通過AutoCAD等軟件重建混凝土骨料、ITZ幾何模型，再導(dǎo)入ABAQUS進(jìn)行網(wǎng)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(yù)處理將不同材料進(jìn)行顏色區(qū)分后，通過ABAQUS插件直接轉(zhuǎn)化為有限元網(wǎng)格單元，并依據(jù)圖像顏色差異劃分材料相。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）。在進(jìn)行邊界提取時(shí)，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(shè)置為白色，方便下一步的CAD導(dǎo)入，本案例通過二次加厚處理兩次，將過渡區(qū)厚度設(shè)置為三個(gè)像素寬度。
采用CAD圖像導(dǎo)入插件分別導(dǎo)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(dǎo)入CAD后的模型尺寸與圖片分辨率一致，需在CAD內(nèi)進(jìn)行模型縮放以達(dá)到實(shí)際的模型尺寸，例如圖片分辨率是500×500 px，實(shí)際的模型尺寸為150×150 mm，則需要進(jìn)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(dǎo)入到ABAQUS內(nèi)，然后在ABAQUS中使用導(dǎo)入的草圖建立相應(yīng)的部件。
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 
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混凝土細(xì)觀模擬的最新內(nèi)容
經(jīng)建模驗(yàn)證過的，考慮混凝土應(yīng)變率效應(yīng)的混凝土本構(gòu) 想要交流可以?v：wangh2444
COMSOL細(xì)觀混凝土微裂紋毛細(xì)吸水模型2個(gè)月前
本案例通過COMSOL建立二維混凝土細(xì)觀微裂紋模型，模型可進(jìn)行吸水及離子擴(kuò)散等方面的研究。幾何模型包括水泥砂漿、粗骨料、砂漿骨料界面過渡區(qū)（ITZ）及隨機(jī)分布于水泥砂漿內(nèi)的微裂紋毛細(xì)管網(wǎng)四部分，旨在探究通過多插件聯(lián)合創(chuàng)建復(fù)雜模型的可行性。
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。
ABAQUS泡沫混凝土細(xì)觀有限元模擬4個(gè)月前
在ABAQUS中構(gòu)建含水泥砂漿基體與大量隨機(jī)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(jié)構(gòu)與宏觀力學(xué)性能的關(guān)聯(lián)具有重要理論價(jià)值。通過孔隙尺寸、形態(tài)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(qiáng)度衰減規(guī)律與破壞演化機(jī)制，克服傳統(tǒng)均質(zhì)模型預(yù)測的局限性。
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
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。本文基于COMSOL Multiphysics有限元軟件，構(gòu)建含ITZ的多面體骨料密堆積三維細(xì)觀模型，有效表征混凝土的非均質(zhì)特性，準(zhǔn)確反映骨料形態(tài)、分布及界面行為對整體性能的影響機(jī)制，為揭示混凝土損傷演化規(guī)律、優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)及提升結(jié)構(gòu)耐久性提供理論支撐。
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。該研究為揭示混凝土損傷演化規(guī)律提供理論支撐，對優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)、提升結(jié)構(gòu)耐久性具有重要學(xué)術(shù)價(jià)值與工程應(yīng)用前景。
<figure style="text-align: center;"><figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202601/attachment/6591659150824865b9cbc53943e93220.png" style="display: inline-block
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。
ABAQUS二維混凝土細(xì)觀模型的數(shù)字化重建技術(shù)(一)幾何重構(gòu)
https://www.yqgqt.org.cn/post/1990726
本篇介紹二維混凝土細(xì)觀模型在ABAQUS
在基于ABAQUS開展混凝土細(xì)觀力學(xué)模擬時(shí)，數(shù)字化重建技術(shù)是構(gòu)建能夠真實(shí)反映混凝土內(nèi)部多相結(jié)構(gòu)（如骨料、砂漿、界面過渡區(qū)ITZ及孔隙等）的關(guān)鍵前置步驟。
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。該研究為揭示混凝土損傷演化規(guī)律提供理論支撐，對優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)、提升結(jié)構(gòu)耐久性具有重要學(xué)術(shù)價(jià)值與工程應(yīng)用前景。
ABAQUS三維多面體骨料密堆積混凝土細(xì)觀建模5個(gè)月前
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(xì)觀結(jié)構(gòu)，克服了傳統(tǒng)隨機(jī)分布模型與實(shí)際骨料沉降行為的偏差，更精準(zhǔn)反映骨料在混凝土中的分布特征，可實(shí)現(xiàn)高骨料占比下的力學(xué)響應(yīng)模擬，為混凝土損傷機(jī)理研究、材料參數(shù)標(biāo)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(xì)觀骨料堆積模型采用
