纖維骨料細(xì)觀混凝土
關(guān)注創(chuàng)建者：Xwave 創(chuàng)建時間：2023-07-08
纖維骨料細(xì)觀混凝土的視頻教程
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
可能會說，即使這樣纖維仍然還會有很多的區(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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細(xì)觀 彎曲纖維-橢球多面體骨料混凝土模型
當(dāng)前，細(xì)觀混凝土領(lǐng)域的纖維形狀主要關(guān)注于直線型，然，實際工程中的纖維受到骨料和砂漿的擠壓，往往呈現(xiàn)彎曲形狀。直線已不足以準(zhǔn)確表達(dá)真實情況下纖維對混凝土基體的增韌效果。。。 彎曲纖維-橢球體骨料細(xì)觀幾何模型主要由以下7個模塊控制
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ABAQUS細(xì)觀混凝土隨機(jī)骨料、鋼纖維建模(Python二次開發(fā))
基于Python二次開發(fā)參數(shù)化建模，建立ABAQUS二維、三維細(xì)觀混凝土中隨機(jī)骨料、鋼纖維的投放分布模型，包括： 1. 球形骨料隨機(jī)生成、投放和相交判斷； 2. 橢球形骨料隨機(jī)生成、投放和相交判斷； 3. 圓柱體骨料隨機(jī)生成、投放和相交判斷； 4. 正多面體骨料隨機(jī)生成、投放和相交判斷(咨詢)； 5. 隨機(jī)凹凸多面體骨料隨機(jī)生成、投放和相交判斷(咨詢)； 6.
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纖維骨料細(xì)觀混凝土的實例教程
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，用纖維端點坐標(biāo)與骨料球心坐標(biāo)，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(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 模型實例
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 本課程旨在介紹如何利用matlab與comsol連接，并利用matlab語言批量對comsol進(jìn)行幾何建模，生成復(fù)雜、隨機(jī)的模型，如纖維、骨料等。可根據(jù)需要進(jìn)行開裂分析等，效果圖如下：
寫在前面：[首先確定自己已安裝COMSOL Multiphysics 5.6 with MATLAB，
如果電腦上先安裝comsol，再安裝matlab的話一般不會出現(xiàn)這個程序。
解決方法：卸載已安裝的comsol，先安裝matlab，再安裝comsol，在安裝過程中會提示關(guān)聯(lián)matlab，安裝完成后即可出現(xiàn)該程序。]
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comsol與matlab連接之隨機(jī)球形骨料生成腳本教學(xué)
（1）運行COMSOL Multiphysics 5.6，并以此點擊模型向?qū)АS→完成。此時在模型開發(fā)器中右鍵幾何，選擇球體
此時我們可以定義球體半徑為2，坐標(biāo)[x,y,z]為[3，4，5]并構(gòu)建選定對象，如下圖所示
至此為止，我們已在comsol中生成了1個球體，那么接下來介紹如何利用Matlab生成一定數(shù)量和半徑的球體。
展開 《基于三維隨機(jī)細(xì)觀模型的珊瑚混凝土力學(xué)性能模擬》一文中建立了考慮界面層（ITZ）、骨料、砂漿的三相混凝土模型，并采用“背景投影法（網(wǎng)格映射法）”建立了六面體非均質(zhì)混凝土有限元模型。</p><p class="ql-align-justify">相比均質(zhì)有限元模型，非均質(zhì)有限元模型的仿真結(jié)果可信度更高，仿真效果更好，與實際破壞情況更為吻合，該方法具有廣泛的運用前景，可用于靜態(tài)力學(xué)試驗、動態(tài)力學(xué)試驗、爆破領(lǐng)域、建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域等。</p><p class="ql-align-justify">在有限元分析中，網(wǎng)格質(zhì)量的好壞極大程度影響模擬的收斂性，尤其對于顯式動態(tài)分析案例中，為了避免網(wǎng)格畸變導(dǎo)致計算時間長、計算結(jié)果不收斂等問題，大多采用六面體網(wǎng)格進(jìn)行計算。因此，本文對非均質(zhì)纖維混凝土模型分別進(jìn)行了四面體網(wǎng)格、六面體網(wǎng)格劃分的對比，并對該類網(wǎng)格劃分問題的步驟進(jìn)行闡述。</p><p class="ql-align-justify">步驟一：采用Python、Fortran、APDL等編程語言生成隨機(jī)骨料及纖維，判定骨料與骨料之間，纖維與纖維之間，纖維與骨料之間互不侵入。基于此，生成骨料半徑、中心坐標(biāo)，纖維起始點和終止點的坐標(biāo)。</p><p class="ql-align-justify">步驟二：將坐標(biāo)信息導(dǎo)入ANSYS或ABAQUS中，結(jié)合軟件自帶建模語言進(jìn)行建模及網(wǎng)格劃分，四面體網(wǎng)格可通過hypermesh進(jìn)行精細(xì)網(wǎng)格劃分，也可采用自編網(wǎng)格投影法進(jìn)行六面體網(wǎng)格劃分，不同方法均存在利弊。六面體網(wǎng)格計算時間大量縮短，但骨料形狀為類球體，是否能投影為球體與單元網(wǎng)格尺寸大小有關(guān)，四面體網(wǎng)格計算時間較長，劃分形狀與球體基本一致。</p><p class="ql-align-justify">步驟三：進(jìn)行材料、單元幅值，開展不同有限元分析。
展開 本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立包含骨料、界面過渡區(qū)、纖維、孔隙在內(nèi)的多相材料二維纖維混凝土細(xì)觀模型。
采用CAD纖維混凝土2D插件在AutoCAD內(nèi)建立二維纖維混凝土模型，纖維混凝土模型的不同組分已分圖層進(jìn)行繪制，需要對不同圖層內(nèi)容分別另存為dxf文件。
在Abaqus內(nèi)將建立的模型文件以草圖的形式分別導(dǎo)入，這里只展示骨料草圖內(nèi)容。
通過草圖建立二維部件模型，這里展示的是纖維部件。
其中界面過渡區(qū)部件需要將直接導(dǎo)入的過渡區(qū)與骨料進(jìn)行一次切割幾何完成。
將各個部件裝配為整體，將模型中的孔隙部分進(jìn)行挖除。
可對模型中的不同部分分別設(shè)置材料。
展開 
纖維骨料細(xì)觀混凝土的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
纖維骨料細(xì)觀混凝土的最新內(nèi)容
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。
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、提升結(jié)構(gòu)耐久性具有重要學(xué)術(shù)價值與工程應(yīng)用前景。
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，數(shù)字化重建技術(shù)是構(gòu)建能夠真實反映混凝土內(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
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、提升結(jié)構(gòu)耐久性具有重要學(xué)術(shù)價值與工程應(yīng)用前景。
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
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)計提供科學(xué)依據(jù)，實現(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。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。
