混凝土細觀模型
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-10-19
混凝土細觀模型的視頻教程
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
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。
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LS-DYNA混凝土隨機骨料細觀模型SHPB模擬（ANSYS+Ls-prepost六面體建模）
采用LS-DYNA軟件模擬混凝土隨機骨料細觀模型SHPB沖擊試驗，建模采用ANSYS19.0經典界面，關鍵字設置和后處理在ls-prepost進行，具體包括： 1.采用ANSYS命令流完成細觀混凝土（砂漿+ITZ+骨料）的六面體網格建立，附件提供了5種命令流文件，直接復制到ansys經典界面即可輸出SHPB動態(tài)壓縮細觀模型K文件，無需額外借助復雜的軟件編程和代碼，保證人人都能快速學會的簡單方式，
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三維隨機球體骨料細觀混凝土模型/基于Python的Abaqus二次開發(fā)應用/三維細觀混凝土
細觀混凝土模型可將混凝土看作由骨料、砂漿和兩者之間的界面過渡區(qū)（itz），以及其他組分等組成的多相復合模型。本視頻為最入門的三維隨機球體骨料細觀混凝土模型，模型組成如圖示。 視頻以混凝土立方體靜力抗壓試驗為例進行教學，在ABAQUS中運行腳本后可以輸入混凝土模型參數(shù)：混凝土長寬高、保護層厚度、隨機骨料粒徑范圍、骨料率和itz厚度。
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混凝土細觀模型的實例教程
混凝土細觀模型在有限元分析中突破傳統(tǒng)均質假設，通過精確模擬骨料、水泥漿體及界面過渡區(qū)的多相結構，精準預測微裂縫萌生、擴展與貫通過程。它顯著提升數(shù)值模擬精度，揭示損傷演化機制，為混凝土性能預測、結構優(yōu)化設計提供科學依據(jù)，實現(xiàn)微觀結構到宏觀性能的精準關聯(lián)，有效支撐混凝土工程的可靠評估與創(chuàng)新設計。本案例介紹在COMSOL內建立包含骨料、砂漿、ITZ在內的多組分混凝土細觀有限元二維模型。
混凝土細觀模型中的粗骨料及界面過渡區(qū)ITZ幾何圖形通過CAD隨機多邊形插件2D專業(yè)版建模生成。在AutoCAD中建立混凝土細觀模型草圖后，將已分圖層繪制的各組分內容分別另存為dxf格式文件，以備導入到COMSOL內。
將保存的混凝土各組分圖形分別導入到COMSOL，并通過布爾運算建立多邊形骨料、ITZ、水泥砂漿基體混凝土細觀模型。具體操作步驟可參考下圖左側模型開發(fā)器中組件下的幾何模塊。
對混凝土細觀模型中的各組分分別設置材料屬性。
添加研究并劃分網格。
后續(xù)可根據(jù)研究的需要完成混凝土細觀有限元模型的仿真模擬。
展開 混凝土是一種由水泥漿體、粗細骨料組成的復合材料，其中水泥漿與骨料之間的界面過渡區(qū)被認為是影響混凝土整體性能的關鍵。建立砂漿、骨料、界面過渡區(qū)（ITZ, Interface Transition Zone）的混凝土細觀模型對于深入理解水化熱溫度變化對混凝土材料的影響及其溫度應力導致的內應力損傷至關重要。
本案例介紹在COMSOL內通過球體粗骨料顆粒的堆積算法，建立包含骨料、ITZ、水泥砂漿在內的三相材料混凝土細觀三維模型，并進行混凝土內水化熱溫度變化的分析。
圓柱容器內的球體骨料堆積模型采用CAD球體密堆積_圓柱體試件3D V1.1版本插件建模生成，模型中的骨料通過球體重力堆積及二次振搗密實模擬，建立更加符合實際骨料分布狀態(tài)的混凝土細觀模型。
在AutoCAD內將骨料、ITZ、砂漿三部分分別導出為iges格式文件后導入到COMSOL內形成裝配建立混凝土細觀模型。
添加固體傳熱物理場并對混凝土細觀中的三組分分別設置材料屬性，完成網格劃分。
根據(jù)實際工況設置合理的初始條件及邊界后，添加瞬態(tài)研究并完成混凝土細觀模型的水化熱溫度變化仿真分析。
展開 混凝土細觀模型是一種用來研究混凝土材料內部結構和性能的分析方法。它主要關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之間形成的界面過渡區(qū)（ITZ, Interfacial Transition Zone），對于準確理解混凝土的力學性質非常重要。
在ANSYS Workbench內建立多邊形骨料、界面過渡區(qū)、及水泥漿體在內的三相材料混凝土細觀模型，可研究混凝土的微觀損傷引起宏觀破壞的機理。
混凝土細觀模型采用CAD隨機多邊形插件建模后導入ANSYS內。在插件內設置模型參數(shù)后運行插件在AutoCAD內完成混凝土細觀模型的建立。
在CAD內對骨料、界面過渡區(qū)、水泥砂漿分別建立面域部件，并使得每部分單獨占據(jù)一個圖層。
將模型整體導出為iges格式后，即可導入到Workbench內，并可在SpaceClaim內對每個圖層部件分別指派材料屬性。
可對細觀混凝土模型進行網格劃分及后續(xù)的模擬分析。
CAD隨機多邊形顆粒
https://www.yqgqt.org.cn/post/1787116
展開 ABAQUS二維隨機多邊形骨料及界面過渡區(qū)（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(qū)（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(yè)版參數(shù)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(shù)。
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(xù)可根據(jù)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(xiàn)視頻
展開 輕骨料混凝土細觀損傷演化分析
1研究現(xiàn)狀
混凝土材料的準脆性斷裂破壞是裂紋萌生、穩(wěn)定擴展和失穩(wěn)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(xiàn)象，混凝土出現(xiàn)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(shù)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(xù)和非連續(xù)裂縫模型兩類［3-4］。經典連續(xù)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(xù)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(yōu)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(shù)值模擬研究仍然很少。基于連續(xù)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?lián)p傷斷裂行為的還未見相關報道。
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混凝土細觀模型的最新內容
<p>因為要仿真混凝土破壞實驗，考慮用abaqus里面的CDP模型，查閱了相關資料進行了理論總結，并根據(jù)理論編寫計算程序。</p><p>ABAQUS中CDP 模型中采用的是混凝土在單軸受力狀態(tài)下的應力和非彈性應變，非彈性應變根據(jù)混凝土的單軸應力-應變曲線換算。</p><p>根據(jù)GB50010-2010混凝土結構設計規(guī)范，混凝土單軸應力應變關系如圖：</p><p><img src="https://img.jishulink.com
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(yè)版參數(shù)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(qū)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。
泡沫混凝土細觀模型通過CAD隨機球體插件專業(yè)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。
本文基于COMSOL Multiphysics有限元軟件，構建含ITZ的多面體骨料密堆積三維細觀模型，有效表征混凝土的非均質特性，準確反映骨料形態(tài)、分布及界面行為對整體性能的影響機制，為揭示混凝土損傷演化規(guī)律、優(yōu)化配合比設計及提升結構耐久性提供理論支撐。
本研究采用CAD多面體&過渡區(qū)密堆積3D插件生成混凝土三維細觀幾何模型。
通過AutoCAD軟件將骨料、ITZ及水泥砂漿部件分別導出為IGES格式文件后，再以部件形式導入ANSYS，通過 Design Modeler導入外部幾何結構文件建立混凝土細觀有限元三維模型。
分析系統(tǒng)選擇顯示動力學，在模型中將建立的混凝土細觀幾何模型打開。
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。
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(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）。
可根據(jù)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(shù)量為362萬個。
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。
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(xù)可根據(jù)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。
