混凝土裂紋擴展的案例
xfem混凝土梁多裂紋擴展模擬（abaqus）
出售模擬教程+cae文件
q1197538654
使用Comsol軟件實現PF-CZM相場模型模擬各種裂紋擴展 ￥29.9
使用Comsol軟件實現PF-CZM相場模型模擬各種裂紋擴展，包括PMMA板的混合斷裂，單邊切口混凝土梁裂紋擴展，加熱陶瓷板的淬火試驗，混凝土環約束試驗和電場作用下三點彎曲陶瓷梁的混合破壞等，包含源程序和論文（非本人所做，僅收取資料查找費）
PMMA板的混合斷裂
單邊切口混凝土梁裂紋擴展
加熱陶瓷板的淬火試驗
混凝土環約束試驗
模型目錄文件
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展開 侵徹多層混凝土-裂紋效果
侵徹多層混凝土-裂紋效果
子彈侵切混凝土——裂紋模擬
子彈侵切混凝土——裂紋模擬
COMSOL細觀混凝土微裂紋毛細吸水模型
本案例通過COMSOL建立二維混凝土細觀微裂紋模型，模型可進行吸水及離子擴散等方面的研究。幾何模型包括水泥砂漿、粗骨料、砂漿骨料界面過渡區（ITZ）及隨機分布于水泥砂漿內的微裂紋毛細管網四部分，旨在探究通過多插件聯合創建復雜模型的可行性。
多邊形骨料混凝土細觀模型通過CAD隨機多邊形插件2D專業版參數化建模生成。
在AutoCAD混凝土細觀模型的基礎上，在0圖層中新建立與原試件尺寸相同的正方形，并將界面過渡區圖像所在圖層更改為“hole”，以確保采用CAD二維圖形Voronoi劃分插件時可以精準識別外形與孔洞。采用Voronoi算法在砂漿中建立的隨機毛細管網如下。
將生成的模型文件另存為dxf格式，并將其導入COMSOL內，需注意導入時應選定相應的層，并利用布爾運算建立對應的幾何。
對模型中的不同組分設置相應的材料屬性。
劃分網格及完成后續的仿真分析。
展開 合金彈體侵徹鋼筋混凝土（損傷+裂紋）
01仿真背景
鋼筋混凝土靶侵徹問題的研究，對于鉆地武器和防護工程的設計有重要的意義。由于鋼筋混凝土靶的非均質、各向異性、多項組分特點，以及強沖擊載荷導致的復雜結構行為，給該問題的理論研究帶來較大的困難。侵徹實驗是獲得彈靶響應及侵徹結果最直接的方式，結合數值模擬，則可針對侵徹效應諸因素進行深入的定性和定量研究。侵徹過程中應力波在鋼筋混凝土靶中的傳播對混凝土損傷區域的識別，以及彈體侵徹阻力的計算有重要作用。
02仿真工具
本文采用Hypermesh14.0前后處理器肯LS_DYNA971R7求解器進行前后處理和求解計算。
03模型簡介
本例中，混凝土靶體尺寸寬×高×厚＝2.01m×1.98m×1.20m，強度約為35Mpa。彈體：試驗用炮為100mm滑膛炮，彈丸口徑100mm，頭部彈長40.4cm，彈性模量Ｅ＝２１５Ｇｐａ，泊松比λ＝０.２８４. 混凝土泊松比λ＝０.２。
展開 包含預制裂紋及纖維包裹層的混凝土動態沖擊壓縮 ￥40
現役橋梁主要還是以鋼筋混凝土結構為主,而裂紋是混凝土中不可避免的,因此,通過對預制裂紋混凝土疲勞性能的研究,準確分析混凝土的疲勞損傷積累,確定損傷的位置及程度,預測其剩余疲勞壽命顯得十分重要。
通過ls-dyna軟件建立了含預制裂隙的混凝土模型，如圖1所示。
通過SHPB系統分析其在有無纖維包裹層保護作用下的破壞模式。
纖維包裹層采用兩種方式進行建模，方法一：共節點殼單元 方法二：實體單元+接觸
其中纖維包裹層采用054/055MAT_ENHANCED_COMPOSITE_DAMAGE材料，混凝土采用MAT_JOHNSON_HOLMQUIST_CONCRETE材料。
不同方式下的動態沖擊破壞效果如下：
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
北鯤教程 | 基于擴展有限元的混凝土受力開裂計算分析
自1999年美國西北大學以Belytschko教授為代表的計算力學課題組[1]提出的擴展有限元概念至今已有23年，該理論基于傳統有限元的單位分解思想，在不連續位置通過富集自由度的形式表達不連續場，既保持了計算過程中的收斂性，又可以很好的解決傳統有限元在面對不連續問題時的困境。
“云計算”是計算機快速發展的產物，可以非常有效地解決數值模擬中遇到的內存不足、性能不佳、數據丟失等問題。
本文基于北鯤云云計算平臺模擬混凝土I型開裂行為，主要內容包括：混凝土開裂模型介紹、數值模擬細節、北鯤云操作方法以及使用感想。
本文講解地模型數據選自胡少偉課題組[2]，模型尺寸如下圖所示，彈性模量：30 GPa，泊松比：0.167，抗拉強度：1.65 Mpa，斷裂能：102.8 N/m，預置裂紋長度為80 mm。
混凝土開裂模型尺寸
Abaqus以非線性計算為自身優勢，在眾多有限元軟件中一騎絕塵，本文選用Abaqus作為模擬工具。為減少計算經費，可以先使用個人筆記本進行前處理建模，然后在北鯤云平臺進行提交作業分析。
Ⅰ整體介紹
為減少計算成本，整體采用平面應力模型，讀者也可根據自己需求建立三維實體模型。支座與壓頭使用離散剛體，即剛度無限大，不參與計算過程，不要忽略了剛體的參考點設置。
圖1 2D三點彎曲梁模型圖
Ⅱ 材料屬性
應用Maxps Damage斷裂準則，損傷演化采用以能量線性Linear軟化本構，斷裂能參數輸入至Fracture Energy，粘性系數Damage Stabilization Cohesive-Viscosity coefficient選用1.0 e-4~1.0 e-5，該選項的作用是幫助收斂，取值范圍是一個經驗性的取值，具體的范圍取值可參照Ahmad的建議 [3]。
展開 基于擴展有限元的混凝土受力開裂計算分析
自1999年美國西北大學以Belytschko教授[1]為代表的計算力學課題組提出的擴展有限元概念至今已有23年，該理論基于傳統有限元的單位分解思想，在不連續位置通過富集自由度的形式表達不連續場，既保持了計算過程中的收斂性，又可以很好的解決傳統有限元在面對不連續問題時的困境。本文基于大型非線性有限元商用軟件Abaqus模擬混凝土I型開裂行為，主要內容包括：混凝土開裂模型介紹、數值模擬細節、后處理分析。
模型介紹
本文講解的模型數據選自胡少偉課題組[2]，模型尺寸圖所示，彈性模量：30 GPa，泊松比：0.167，抗拉強度：1.65 Mpa，斷裂能：102.8 N/m，預置裂紋長度為80 mm。
圖 1 混凝土開裂模型尺寸
模擬細節
Abaqus以非線性計算為自身優勢，在眾多有限元軟件中一騎絕塵，本文選用Abaqus作為模擬工具。
整體介紹
為減少計算成本，整體采用平面應力模型，讀者也可根據自己需求建立三維實體模型。支座與壓頭使用離散剛體，即剛度無限大，不參與計算過程，不要忽略了剛體的參考點設置。
圖1 2D三點彎曲梁模型圖
材料屬性
應用Maxps Damage斷裂準則，損傷演化采用以能量線性Linear軟化本構，斷裂能參數輸入至Fracture Energy，粘性系數Damage Stabilization Cohesive-Viscosity coefficient選用1.0 e-4~1.0 e-5，該選項的作用是幫助收斂，取值范圍是一個經驗性的取值，具體的范圍取值可參照Ahmad[3]的建議 。
展開 輕骨料混凝土細觀損傷演化分析
輕骨料混凝土細觀損傷演化分析
1研究現狀
混凝土材料的準脆性斷裂破壞是裂紋萌生、穩定擴展和失穩擴展的過程。為描述和分析混凝土的斷裂行為，1961年，Kaplan［1］開始將線彈性斷裂力學方法引入到了混凝土結構的分析中。由于混凝土存在應變軟化現象，混凝土出現裂縫后，骨料與砂漿間仍存在著齒合的粘結效應，且混凝土的微觀裂縫和亞臨界裂縫尺寸相較于一般的金屬材料大幾個量級，故彈塑性斷裂力學的COD和J積分理論亦不適用于描述混凝土在細觀尺度上的斷裂損傷［2］。
近年來在細觀尺度上通過數值模擬來分析和研究混凝土的宏觀斷裂逐漸成為熱點。目前國內外學者提出了許多用于模擬混凝土斷裂損傷過程的細觀力學模型，主要分為連續和非連續裂縫模型兩類［3-4］。經典連續裂縫模型包括彌散裂紋模型［5］、鈍裂縫帶模型［6］、旋轉裂縫模型［7］等。經典的非連續裂縫模型包括格構模型［8］、剛體彈簧模型［9］、隨機力學特征模型［10］等。這些裂縫模型均難以對混凝土內部裂縫的萌生、擴展以及貫通的全過程進行直觀展示，且模型網格敏感性較大，收斂性較差。內聚力模型因能克服上述缺陷，是目前模擬材料斷裂使用較多的模型。
輕骨料混凝土具有輕質高強、保溫隔熱性能好、抗火性好和抗震性能良好等諸多優點，目前已成為僅次于普通混凝土用量最大的一種新型混凝土，得到了國內外的廣泛應用，國內外對輕骨料混凝土的力學性能、耐久性能等開展了較為廣泛的試驗研究，而有關輕骨料混凝土細觀層次上斷裂損傷演化分析和數值模擬研究仍然很少。基于連續損傷力學的內聚力模型是采用在實體單元之間嵌入內聚力單元的方法來模擬損傷以及斷裂行為。目前采用內聚力模型來模擬輕骨料混凝土單軸拉壓下損傷斷裂行為的還未見相關報道。
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LS-DYNA三維聚能射流侵徹混凝土靶板 ￥10
三維聚能射流侵徹混凝土K文件
采用流固耦合算法
炸藥，藥性罩和空氣為ALE，混凝土靶板為拉格朗日
特點：混凝土采用72號混凝土模型*Mat_72R3，模型詳見https://zhuanlan.zhihu.com/p/531667160
能夠唯象模擬射流作用混凝土靶的裂紋擴展
如何在LS-DYNA中選擇合適的先進數值計算方法進行動態破壞分析
右圖案例是高速沖擊下混凝土的侵徹，可以看到在混凝土中心形成了一個damage zone（損傷區域），有材料噴出和spall fracture（裂紋擴展）現象。
* 近場動力學方法
主要針對脆性材料。與常規近場動力學相比，LS-DYNA近場動力學最大的區別是基于有限元實現的Peridynamic Model，其與LS-DYNA其他有限元部分的耦合十分簡單，同時也是bond-based peridynamic。Bond-based peridynamic針對脆性材料，其損傷準則是能量釋放率-斷裂力學的概念之一，可以自動進行多裂紋的擴展、分叉、交互。由于是基于有限元進行實現的，其邊界條件可以像有限元一樣施加。
近場動力學方法
視頻中左圖案例是模擬汽車玻璃的碰撞，汽車玻璃上下兩層玻璃中間夾了一層聚合物，典型三明治結構，從結果可以看到多裂紋的擴展和交互（復合型裂紋的擴展）。右圖是混凝土的裂紋擴展模擬。
* 擴展有限元法
擴展有限元法，其裂紋表面是用Level Set水平集法來進行搜索、表現。目前擴展有限元多應用于Shell殼單元，是cell-by-cell的裂紋擴展，一次會切整個厚度，可應用于脆性和延性材料中，主要為高強度鋼等材料。高強度鋼在特定的沖擊下會形成裂紋。LS-DYNA有多個破壞準則可以選擇，常規數值方法會有很強的網格的相關性，為了消除這類網格敏感性，LS-DYNA擴展有限元法開發了一種特殊的數值方法處理-Strain regularization，其可以用不同的網格大小得到相對收斂的結果。
擴展有限元法
視頻中左圖是一個U-shaped高強度鋼的梁結構承壓模擬，中間的孔是為了觸發裂紋而設置，使裂紋延展到孔所在的區域。
展開 利用ABAQUS進行巖土內部斷裂破壞的cohesive單元分析研究
3.1繪制支反力位移曲線
圖4
3.2繪制cohesive單元的應力-應變曲線
圖5
3.3繪制cohesive單元的應力-位移、應變-位移曲線
圖6
4結論
通過對cohesive單元的應用，對于cohesive單元失效定義及其損傷演化過程及后處理給出了說明，這對于多種脆性材料及混凝土材料內部的裂紋擴展及損傷應用具有重要意義。
《基于 ＡＢＡＱＵＳ 的單向循環荷載簡支梁損傷分析》
４ 結論
（１）鋼 － 混凝土簡支梁在跨中單向循環荷載作 用下， 底部受拉鋼筋及荷載兩端的受剪部件應力集 中程度最為明顯， 應重視該區域的施工、 設計， 提 升施工安全性， 降低安全隱患；
（２）隨著位移荷載增大， 混凝土簡支梁的拉壓 損傷特征差異明顯。壓縮損傷特征變現為漸進式發 展， 而拉伸損傷特征變現比較劇烈， 說明借助 ＣＤＰ 材料模型能夠對鋼筋混凝土梁的裂紋擴展過程進行 科學的預測， 是較為實用描述結構內部材料損傷的 預測手段；
（３）數模模擬分析能夠直觀反映鋼 － 混凝土組 合結構各材料的拉、 壓力學特性， 便捷地觀測到室 內試驗難以獲取的材料動態力學行為及量化信息， 故而合理運用改方法能為鋼 － 混凝土組合結構的設 計和施工提供建議及數據支撐。以上結論揭示了鋼 － 混凝土簡支梁體在單向循 環荷載下的鋼筋力學特征及混凝土損傷演化規律， 為鋼 － 混凝土組合結構的損傷行為提供了數據支 撐。但數值計算中未考慮結構尺寸、 邊界耦合模式 等影響因素， 與實際工程的結合有待進一步提高。
參考文獻
［１］ Ｊｉｅ ＷＵ， Ｚｈａ Ｘ． Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃａｔｉａ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｎ Ｖｉｒｔｕａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｖｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｌａｒｇｅ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ［ Ｊ］． Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２００９（１）：８５?８７．
［２］ 馮秋然， 管樂， 金建平， 等． 雙工字鋼 － 混凝土組合梁橋剪力滯 效應分析［Ｊ］． 水利規劃與設計， ２０２１（３）：１２４?１２９．
［３］ 薛煬皓， 饒軍應， 梅世龍， 等． 隧道超前導管與超挖的相關性定 量分析［Ｊ］． 水利規劃與設計， ２０２２（１０）：１２９?１３５．
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