混凝土多邊形骨料的案例
Abaqus 混凝土多邊形骨料生成插件 ￥188
Abaqus隨機(jī)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(xì)觀模型，模型包含砂漿區(qū)域、多邊形骨料、界面過渡區(qū)（Interface Transition Zone, 簡稱ITZ）等部分。可用于混凝土細(xì)觀模擬等方面。
使用須知：
1、集料的的最小邊數(shù)不宜小于5；
2、集料所能達(dá)到的最大體積比與集配及最小間距關(guān)系較大；
3、實(shí)際生成的界面過渡區(qū)厚度與設(shè)計(jì)值略有偏差；
注意：軟件需要注冊，將注冊編號發(fā)給作者獲取注冊文件。
可聯(lián)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(yùn)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(yùn)行。
展開 混凝土疊合骨料構(gòu)建（橢圓+多邊形）
混凝土骨料建模，左右兩側(cè)為多邊形骨料，中間為橢圓骨料，多邊形骨料和橢圓骨料邊界有一段混合區(qū)域。有相似需要者聯(lián)系QQ1511646430。
COMSOL多邊形骨料堆積混凝土水化熱傳熱模擬
混凝土水化熱溫降研究對保障結(jié)構(gòu)安全與耐久性至關(guān)重要，溫升后溫差易引發(fā)溫度應(yīng)力，導(dǎo)致裂縫。本案例介紹在COMSOL內(nèi)建立多邊形骨料堆積混凝土細(xì)觀模型，并對水化熱產(chǎn)生后的傳熱及溫度變化進(jìn)行仿真模擬。
骨料堆積混凝土細(xì)觀模型采用CAD多邊形密堆積2D插件建立，插件內(nèi)置動力學(xué)算法，可模擬多邊形骨料顆粒在重力作用下的堆積模型。
混凝土骨料密堆積模型在AutoCAD內(nèi)建模完成后，將模型另存為dxf格式文件。
在COMSOL內(nèi)選擇固體傳熱模塊，添加瞬態(tài)研究，并導(dǎo)入骨料密堆積模型。
對混凝土細(xì)觀模型的水泥砂漿及骨料部分分別指定材料，并設(shè)置密度、導(dǎo)熱系數(shù)、恒壓熱容等與傳熱相關(guān)的材料參數(shù)。
在固體傳熱中設(shè)置初始值，由于水化熱由水泥漿體產(chǎn)生，因此初始溫度設(shè)置中水泥砂漿基體溫度高于骨料溫度。將試件的左右及下邊界設(shè)置為熱絕緣，上部邊界設(shè)置環(huán)境溫度并設(shè)置熱通量，用于模擬大體積混凝土工況。對模型劃分物理場控制的網(wǎng)格，單元大小極細(xì)化。
計(jì)算查看傳熱仿真結(jié)果。2min內(nèi)溫度變化情況。
20min內(nèi)溫度變化情況。
展開 ABAQUS隨機(jī)多邊形骨料及ITZ細(xì)觀混凝土CDP模型
混凝土的強(qiáng)度很大程度上取決于粗骨料與水泥砂漿之間的界面過渡區(qū)（ITZ）。本案例在ABAQUS內(nèi)建立隨機(jī)多邊形骨料模型，并設(shè)置界面過渡區(qū)部件，采用CDP材料建立骨料、砂漿、ITZ三相混凝土細(xì)觀模型，并研究模型的軸壓破壞情況。
混凝土細(xì)觀模型采用CAD隨機(jī)多邊形顆粒插件建模生成，將插件生成的CAD文件按照不同圖層內(nèi)容分三份以草圖的形式導(dǎo)入到ABAQUS內(nèi)。
在ABAQUS內(nèi)利用導(dǎo)入的草圖分別建立砂漿、界面過渡區(qū)、多邊形骨料三部分部件并進(jìn)行裝配。
在本案例中采用EasyCDP插件快速生成不同強(qiáng)度的混凝土塑性損傷（CDP）材料，并將其分別指派到砂漿及ITZ部件，多邊形骨料不考慮損傷破壞。
選擇動力，顯式分析步，設(shè)置時間長度為5，將模型下部設(shè)置為固定約束，上部添加向下的位移作為載荷。
進(jìn)行網(wǎng)格劃分，單元尺寸的設(shè)置推薦小于ITZ厚度及插件中設(shè)置的顆粒最小間距的較小值。
提交分析查看結(jié)果。
CAD隨機(jī)多邊形顆粒
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展開 
COMSOL建立多邊形骨料ITZ二維混凝土細(xì)觀模型
混凝土細(xì)觀模型在有限元分析中突破傳統(tǒng)均質(zhì)假設(shè)，通過精確模擬骨料、水泥漿體及界面過渡區(qū)的多相結(jié)構(gòu)，精準(zhǔn)預(yù)測微裂縫萌生、擴(kuò)展與貫通過程。它顯著提升數(shù)值模擬精度，揭示損傷演化機(jī)制，為混凝土性能預(yù)測、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)，實(shí)現(xiàn)微觀結(jié)構(gòu)到宏觀性能的精準(zhǔn)關(guān)聯(lián)，有效支撐混凝土工程的可靠評估與創(chuàng)新設(shè)計(jì)。本案例介紹在COMSOL內(nèi)建立包含骨料、砂漿、ITZ在內(nèi)的多組分混凝土細(xì)觀有限元二維模型。
混凝土細(xì)觀模型中的粗骨料及界面過渡區(qū)ITZ幾何圖形通過CAD隨機(jī)多邊形插件2D專業(yè)版建模生成。在AutoCAD中建立混凝土細(xì)觀模型草圖后，將已分圖層繪制的各組分內(nèi)容分別另存為dxf格式文件，以備導(dǎo)入到COMSOL內(nèi)。
將保存的混凝土各組分圖形分別導(dǎo)入到COMSOL，并通過布爾運(yùn)算建立多邊形骨料、ITZ、水泥砂漿基體混凝土細(xì)觀模型。具體操作步驟可參考下圖左側(cè)模型開發(fā)器中組件下的幾何模塊。
對混凝土細(xì)觀模型中的各組分分別設(shè)置材料屬性。
添加研究并劃分網(wǎng)格。
后續(xù)可根據(jù)研究的需要完成混凝土細(xì)觀有限元模型的仿真模擬。
展開 ANSYS Workbench多邊形骨料及界面過渡區(qū)混凝土細(xì)觀模型
混凝土細(xì)觀模型是一種用來研究混凝土材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性能的分析方法。它主要關(guān)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(zhì)之間形成的界面過渡區(qū)（ITZ, Interfacial Transition Zone），對于準(zhǔn)確理解混凝土的力學(xué)性質(zhì)非常重要。
在ANSYS Workbench內(nèi)建立多邊形骨料、界面過渡區(qū)、及水泥漿體在內(nèi)的三相材料混凝土細(xì)觀模型，可研究混凝土的微觀損傷引起宏觀破壞的機(jī)理。
混凝土細(xì)觀模型采用CAD隨機(jī)多邊形插件建模后導(dǎo)入ANSYS內(nèi)。在插件內(nèi)設(shè)置模型參數(shù)后運(yùn)行插件在AutoCAD內(nèi)完成混凝土細(xì)觀模型的建立。
在CAD內(nèi)對骨料、界面過渡區(qū)、水泥砂漿分別建立面域部件，并使得每部分單獨(dú)占據(jù)一個圖層。
將模型整體導(dǎo)出為iges格式后，即可導(dǎo)入到Workbench內(nèi)，并可在SpaceClaim內(nèi)對每個圖層部件分別指派材料屬性。
可對細(xì)觀混凝土模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分及后續(xù)的模擬分析。
CAD隨機(jī)多邊形顆粒
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展開 ABAQUS二維隨機(jī)多邊形骨料界面過渡區(qū)混凝土細(xì)觀建模
ABAQUS二維隨機(jī)多邊形骨料及界面過渡區(qū)（ITZ）的混凝土細(xì)觀建模研究，可有效揭示混凝土內(nèi)部多相復(fù)合結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)機(jī)理。該模型能夠真實(shí)反映骨料隨機(jī)分布特征及ITZ對裂縫萌生與擴(kuò)展的影響，為準(zhǔn)確模擬混凝土損傷演化過程、預(yù)測宏觀力學(xué)性能提供理論基礎(chǔ)，對提升混凝土結(jié)構(gòu)耐久性與安全性具有重要意義。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立多邊形骨料、界面過渡區(qū)（ITZ）、水泥砂漿基體多相材料混凝土細(xì)觀有限元模型。
混凝土細(xì)觀模型采用CAD隨機(jī)多邊形2D插件專業(yè)版參數(shù)化建模生成，將CAD中的混凝土各組分內(nèi)容分別另存為dxf格式，以備導(dǎo)入ABAQUS內(nèi)。
在ABAQUS內(nèi)將混凝土細(xì)觀圖形以草圖的形式分別導(dǎo)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(shè)置材料屬性，如進(jìn)行混凝土細(xì)觀力學(xué)分析時，可采用EasyCDP Mortar&ITZ插件快速設(shè)置混凝土損傷塑性材料模型參數(shù)。
將混凝土細(xì)觀模型中的砂漿、骨料、ITZ部件進(jìn)行裝配。
進(jìn)行混凝土細(xì)觀模型的網(wǎng)格劃分，可采用四邊形或三角形單元類型。
后續(xù)可根據(jù)研究的需要進(jìn)行混凝土細(xì)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(xì)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(xì)觀受壓開裂論文復(fù)現(xiàn)視頻
展開 Python實(shí)現(xiàn)CAD二次開發(fā)，用于生成多邊形骨料的混凝土細(xì)觀模型。 ￥40
Python實(shí)現(xiàn)CAD二次開發(fā)，用于生成多邊形骨料的混凝土細(xì)觀模型。
Abaqus混凝土梁三點(diǎn)彎曲開裂模擬基于隨機(jī)多邊形骨料及界面過渡區(qū)模型
在細(xì)觀混凝土開裂研究中，仿真可直觀揭示混凝土中多相材料的破壞特征及微觀裂縫的發(fā)展規(guī)律。本案例建立包含隨機(jī)多邊形粗骨料、界面過渡區(qū)（ITZ）及水泥砂漿在內(nèi)的細(xì)觀混凝土梁二維模型，對混凝土梁在三點(diǎn)彎曲工況下進(jìn)行有限元模擬，展示混凝土梁跨中部位的裂縫發(fā)展情況。
在Abaqus CAE軟件內(nèi)，采用AbyssFish RandomPolygon2D V2.0插件建立多邊形粗骨料、實(shí)體界面過渡區(qū)、水泥砂漿三部件混凝土細(xì)觀模型。由于只考慮梁的跨中開裂情況，為了簡化模型的復(fù)雜度，這里只建立了跨中部分的細(xì)觀混凝土模型。
為實(shí)現(xiàn)長方形梁模型，手動建立長方形部件，并與插件建立的細(xì)觀混凝土模型裝配為整體，并進(jìn)行相應(yīng)的材料指派。
建立梁支座，并將下部支座設(shè)置為固定約束，跨中添加豎直向下的位移，進(jìn)行混凝土梁的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)?zāi)M。
對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，跨中部分適當(dāng)加密網(wǎng)格。
創(chuàng)建作業(yè)提交分析并查看結(jié)果。
展開 COMSOL基于Voronoi毛細(xì)管及多邊形骨料ITZ的微介觀混凝土水分?jǐn)U散模型
本案例是通過COMSOL對論文An innovative method for mesoscale modelling of moisture diffusion in concrete（https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2024.105836）中Voronoi毛細(xì)管、多邊形骨料、ITZ、水泥漿體多相材料的幾何模型復(fù)現(xiàn)。
其中論文中的混凝土骨料采用圓內(nèi)接多邊形算法，建立的模型如下圖所示。
并且建立了骨料外側(cè)的界面過渡區(qū)部件。
毛細(xì)管結(jié)構(gòu)采用Voronoi算法生成，并與骨料、ITZ形成完整的模型，用于模擬微介觀混凝土模型內(nèi)的水分?jǐn)U散。
在本案例中混凝土砂漿內(nèi)的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)是通過Voronoi算法生成，采用CAD Voronoi V2.1版本插件，在CAD內(nèi)建立草圖模型并導(dǎo)入COMSOL。
骨料及ITZ部分通過CAD隨機(jī)多邊形顆粒插件，在CAD內(nèi)建立圖形后，將骨料及ITZ圖層分別存儲為dxf文件后導(dǎo)入COMSOL。
注意COMSOL導(dǎo)入骨料、ITZ、Voronoi圖形后需要經(jīng)過一系列布爾操作，方可形成完整的模型，并將毛細(xì)管、水泥砂漿、骨料、ITZ各部分進(jìn)行有效區(qū)分。具體操作步驟可參考COMSOL左側(cè)的模型開發(fā)器。
在COMSOL內(nèi)對各組分批量賦值材料，并進(jìn)行模型的網(wǎng)格劃分，即可進(jìn)行后續(xù)的水分?jǐn)U散模擬分析。
展開 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 ￥369
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)生成一個球體特征數(shù)據(jù)，再與已存儲的球體數(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在骨料數(shù)據(jù)庫中，進(jìn)行下一個球體的生成與判斷；若小于，則不存儲，進(jìn)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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(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，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 
Abaqus纖維混凝土3D 泡沫混凝土 三維隨機(jī)幾何 三維混凝土細(xì)觀 多面體骨料建模
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，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，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 輕骨料混凝土/泡沫混凝土CDP模型-Excel ￥8.88
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</figure><p><strong style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(25, 25, 25);">附件為：泡沫混凝土/輕骨料混凝土CDP模型的Excel表格+應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系論文</strong></p><p><br></p>
展開 ANSYS混凝土三維隨機(jī)骨料 混凝土細(xì)觀 隨機(jī)球體 顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料建模
研究進(jìn)展
通過ANSYS進(jìn)行混凝土細(xì)觀模型的構(gòu)建是進(jìn)行混凝土性能分析的有效方法，在ANSYS內(nèi)構(gòu)建混凝土細(xì)觀模型是分析的前提。現(xiàn)階段在ANSYS內(nèi)進(jìn)行隨機(jī)混凝土模型構(gòu)建的主流方法是通過APDL命令流等形式，這要求研究者應(yīng)具有一定的程序設(shè)計(jì)能力。
為了方便快捷的構(gòu)建出混凝土細(xì)觀幾何模型，這里提出另一種建模方案，通過AutoCAD模型導(dǎo)入的方式，實(shí)現(xiàn)無編程構(gòu)建混凝土隨機(jī)骨料。
模型構(gòu)建
1、CAD模型生成
首先采用CAD隨機(jī)球體顆粒插件在AutoCAD內(nèi)構(gòu)建三維球體幾何模型：
插件可指定生成隨機(jī)分布的不相交的球體顆粒，同時生成與球體顆粒裝配的帶有孔洞的長方體基體。同時對顆粒的粒徑大小、比例等都能進(jìn)行控制。
將生成的三維球體幾何模型導(dǎo)出為.sat格式文件備用。
2、ANSYS Workbench 導(dǎo)入
打開ANSYS Workbench，在幾何內(nèi)進(jìn)行導(dǎo)入預(yù)先保存的.sat文件：
后續(xù)進(jìn)行網(wǎng)格劃分等操作，在ANSYS Workbench內(nèi)進(jìn)行即可：
插件下載
建模用到的CAD插件下載：
CAD隨機(jī)球體顆粒插件
展開 COMSOL隨機(jī)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(xì)觀 三維骨料模型
混凝土模型
三維混凝土細(xì)觀模型的建立是進(jìn)行混凝土性能模擬的有效方法，而在comsol建模過程中隨機(jī)凸多面體骨料的生成是幾何模型的難點(diǎn)。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(shí)現(xiàn)不同集配的混凝土模型。
建模教程
首先采用CAD隨機(jī)多面體3D插件在AutoCAD內(nèi)生成所需要的三維混凝土細(xì)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(jìn)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(jìn)行網(wǎng)格劃分、邊界條件、模擬計(jì)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(jī)多面體3D插件
模型樣圖
隨機(jī)多面體骨料_AbyssFish.rar
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