隨機球體及過渡區的案例
ANSYS Workbench隨機球體及過渡區三維混凝土細觀建模
在ANSYS Workbench內建立隨機球體及ITZ界面層混凝土細觀模型可采用CAD隨機球體顆粒&過渡區3D插件建模后將模型導入。
在插件內設置好模型參數后運行，插件會自動完成隨機球體、界面過渡區、基體模型的建立。插件已將不同部件分圖層進行建模，將模型整體導出為IGES格式文件。
在ANSYS Workbench內選擇幾何結構-導入幾何模型，選擇保存的IGES文件并導入，通過SpaceClaim打開，可對不同圖層內容進行批量管理并賦值材料屬性。
打開模型，可對混凝土細觀模型進行有限元仿真模擬。
CAD隨機球體顆粒&過渡區3D插件
https://www.yqgqt.org.cn/post/1916053
展開 ABAQUS隨機球體骨料及界面過渡區混凝土軸壓破壞
混凝土中粗骨料與水泥砂漿之間的界面過渡區（ITZ）損傷是混凝土在荷載下發生破壞的主要因素，骨料與水泥漿體的粘結界面層損傷規律對混凝土細觀損傷研究具有重要意義。本案例通過CAD隨機球體顆粒&過渡區3D插件建立球體骨料及界面過渡區三維細觀混凝土模型，并將模型導入ABAQUS內，通過Concrete Damaged Plasticity Model，研究細觀混凝土在軸壓荷載下ITZ及水泥砂漿的損傷演化規律。
在AutoCAD軟件內，采用CAD隨機球體顆粒&過渡區3D V1.0插件建立隨機投放的球體粗骨料、界面過渡區(ITZ)部件及水泥砂漿基體三維模型，并將粗骨料、ITZ與水泥砂漿分別導出為.iges格式文件備用。
將導出的模型文件以部件的形式導入到ABAQUS內。
對骨料、ITZ、砂漿分別指定材料，其中砂漿及界面過渡區均采用CDP模型。
新建離散剛體殼部件，作為試件的荷載施加板，并將其與試件裝配為整體。設置相互作用，通過參考點創建耦合約束，設置加載板與試件的接觸，接觸類型選用表面與表面接觸，并設置罰。
將下板設置為固定約束，上板添加豎向位移。
對球體骨料及界面過渡區混凝土模型劃分網格。
創建并提交作業，查看結果。
展開 CAD隨機球體顆粒&過渡區3D插件 ￥899
插件介紹
CAD隨機球體顆粒&過渡區3D插件可用于在AutoCAD軟件內生成隨機分布的球體及球體外側過渡區部件，適用于科研繪圖、有限元建模等方面的應用。
插件可指定的參數有模型的長、寬、高；球體顆粒的大小分布范圍，包含三個粒徑區間，及每個區間球體所占的體積比；球體占長方體的體積比、球體間的最小間距（避免網格劃分出現過小網格的問題）、過渡區的厚度參數；球體隨機投放的迭代次數（確保模型可在有限時間內建立，迭代次數過小可能達不到設計的球體百分比）。
插件構建的模型包括基體、過渡區、球體顆粒三大部分。其中基體是長方體部件，基體內部帶有球形孔洞，與過渡區部件形成無干涉且無間隙的裝配關系；過渡區部件是有厚度的球殼，球殼外表面連接基體，內表面連接內部球體；球體顆粒分布在過渡區內部。三者之間形成裝配模型?；w、過渡區、每種粒徑范圍的球體均繪制在不同的CAD圖層上，方便批量管理。
插件除在CAD內生成模型外，還輸出模型對應的參數信息，如實際生成的球體個數及體積比（實際球體百分比），以上信息將呈現在插件右側的提示框內。同時插件輸出模型中每個球體的半徑R、球心坐標（x,y,z）、球體體積Vsphere、過渡區體積Vitz，該信息輸出到插件文件夾內的SphereData.xlsx文件內，用Excel軟件打開查看。使用中需注意每次繪圖該信息將進行覆蓋，請及時備份保存。
插件可運行在Windows7、8、10、11系統上，同時需要有Autodesk公司的AutoCAD軟件支持，兼容AutoCAD 2010~2024全版本，不支持精簡版本的CAD軟件及其他廠商的CAD軟件。
展開 CAD_隨機多面體&過渡區插件 ￥2099
插件介紹
CAD隨機多面體&過渡區插件可用于在AutoCAD軟件內生成隨機三維多面體及包裹多面體的界面過渡區部件，同時生成指定長寬高的長方體部件。插件可確保多面體、過渡區、試件三者之間不發生干涉且裝配合理，確保生成的模型導入有限元軟件后幾何合理有效。
插件采用參數化建模的方式，可指定的參數有試件的尺寸、四種粒徑范圍、每種粒徑的投放個數、多面體的面數以及過渡區的厚度等參數。
插件以分圖層的方式對模型中不同的部件進行繪制，可方便導入有限元軟件后進行材料賦值、網格劃分等批量管理。
有限元模型
插件生成的幾何模型支持Comsol、ANSYS、Abaqus、Fluent、LS_DYNA、HFSS等多款有限元軟件，以下僅為細觀混凝土骨料砂漿ITZ三相材料的部分樣圖：
ANSYS隨機骨料及過渡區ITZ
Abaqus細觀混凝土隨機多面體骨料及過渡區ITZ
Comsol細觀混凝土骨料砂漿過渡區ITZ
樣圖下載
隨機多面體ITZ樣圖.rar
說明提醒
插件免安裝，支持AutoCAD2010~2023版本，不支持精簡版CAD或其他CAD軟件。
打開CAD軟件并新建繪圖界面后運行插件會自動參數化繪圖。
CAD隨機多面體&過渡區插件需要注冊，注冊后可永久使用，版本更新不影響注冊狀態，注冊請聯系QQ：1135122921。
展開 
ABAQUS二維隨機多邊形骨料界面過渡區混凝土細觀建模
ABAQUS二維隨機多邊形骨料及界面過渡區（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（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插件專業版參數化建模生成，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。
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。
后續可根據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視頻
展開 Abaqus隨機骨料過渡區孔隙三維網格插件：Random Agg ITZ Pore 3D (Mesh) ￥998
插件介紹
Random Agg ITZ Pore 3D (Mesh) V1.0 - AbyssFish 插件可在Abaqus內參數化建立包含水泥漿基體、粗細骨料、界面過渡區（ITZ）、孔隙在內的多相材料混凝土細觀背景網格模型。
模型說明
插件采用材料映射單元的方式，將不同相材料賦值到網格單元，實現三維混凝土細觀有限元模型。
插件建立的模型中包含5個Set，從1~5分別對應水泥基體、大粒徑骨料、小粒徑骨料、孔隙、界面過渡區。
插件通過指派五種材料，實現完整的模型，插件生成的材料屬性均為空，需要用戶自行設置或替換。
模型中的骨料及孔隙均為球體形狀，界面過渡區包裹在骨料外側。
注意，插件僅完成了幾何部件的網格劃分及材料截面指派，并未指定材料屬性、分析步、載荷等，此部分內容需要用戶根據模擬內容自行設置。
參數說明
Length、Width、Height：設置模型的長寬高尺寸，分別對應坐標軸x， y，z方向。單位全局統一即可。
Element size：單元尺寸。插件劃分立方體單元，形成體素模型，因此模型的長寬高需要同時為單元尺寸的整數倍。
Max/Min Aggregate D：大粒徑或小粒徑的球體骨料直徑尺寸范圍。
Pore D：球體孔隙的直徑范圍。
Ratio：當前組材料總體積占長方體體積的比例。
ITZ：骨料外側界面過渡區的厚度。當設置為0時，可實現無界面過渡區模型。
Margin：骨料或孔隙距離試件外表面的距離。
展開 Abaqus隨機多面體骨料及界面過渡區ITZ三維模型建模
建模教程
首先采用CAD隨機多面體&過渡區3D插件進行模型的構建，模型構建時只需要設置好相應的建模參數，插件會自動在AutoCAD軟件內建立起隨機分布的三維多面體與界面過渡區（ITZ）模型，隨機多面體及界面過渡區的厚度等模型參數均可指定。
隨機多面體模型的建立，實現多面體骨料以及多面體三維過渡區的幾何模型：
有限元模型
在AutoCAD軟件內將外部基體、骨料、過渡區分別導出為iges格式文件，在Abaqus內對這三份文件分別導入部件，并進行裝配：
建立起隨機多面體骨料及界面過渡區的Abaqus幾何模型：
后續可進行模型的力學分析等。
建模插件：
CAD_隨機多面體&過渡區插件
展開 Abaqus混凝土梁三點彎曲開裂模擬基于隨機多邊形骨料及界面過渡區模型
本案例建立包含隨機多邊形粗骨料、界面過渡區（ITZ）及水泥砂漿在內的細觀混凝土梁二維模型，對混凝土梁在三點彎曲工況下進行有限元模擬，展示混凝土梁跨中部位的裂縫發展情況。
在Abaqus CAE軟件內，采用AbyssFish RandomPolygon2D V2.0插件建立多邊形粗骨料、實體界面過渡區、水泥砂漿三部件混凝土細觀模型。由于只考慮梁的跨中開裂情況，為了簡化模型的復雜度，這里只建立了跨中部分的細觀混凝土模型。
為實現長方形梁模型，手動建立長方形部件，并與插件建立的細觀混凝土模型裝配為整體，并進行相應的材料指派。
建立梁支座，并將下部支座設置為固定約束，跨中添加豎直向下的位移，進行混凝土梁的三點彎曲試驗模擬。
對模型進行網格劃分，跨中部分適當加密網格。
創建作業提交分析并查看結果。
展開 comsol隨機幾何 隨機分布顆粒 纖維混凝土 不干涉模型 隨機球體 隨機裂縫
comsol隨機幾何模型
在常見的材料中，嚴格來講均質單一性的材料并不常見，更多的是隨機材料。這就使得在幾何建模時需要考慮材料的隨機性，這里講介紹幾種常見的隨機材料模型及在comsol內構建該模型的方法。
comsol多類隨機裂隙，帶厚度裂隙：
comsol纖維隨機分布，復合材料：
comsol隨機分布顆粒：
comsol隨機孔隙：
comsol不干涉隨機幾何構建
在comsol內主流的隨機分布幾何構建方法是通過COMSOL with Matlab連接，通過Matlab代碼實現模型的建立。但是采用 LiveLink for MATLAB的方案對于初學者要求較高，需要掌握MATLAB語法基礎并具有一定的程序設計能力。這里介紹另一種快速建模的方法，通過CAD文件導入到COMSOL內。
而在CAD內建立隨機幾何可通過其他軟件設置好參數后一鍵生成，從而無需編程操作。下面是能構建以上幾種模型CAD軟件。
下載鏈接：CAD隨機幾何3D
展開 ANSYS混凝土三維隨機骨料 混凝土細觀 隨機球體 顆粒增強復合材料建模
現階段在ANSYS內進行隨機混凝土模型構建的主流方法是通過APDL命令流等形式，這要求研究者應具有一定的程序設計能力。
為了方便快捷的構建出混凝土細觀幾何模型，這里提出另一種建模方案，通過AutoCAD模型導入的方式，實現無編程構建混凝土隨機骨料。
模型構建
1、CAD模型生成
首先采用CAD隨機球體顆粒插件在AutoCAD內構建三維球體幾何模型：
插件可指定生成隨機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、比例等都能進行控制。
將生成的三維球體幾何模型導出為.sat格式文件備用。
2、ANSYS Workbench 導入
打開ANSYS Workbench，在幾何內進行導入預先保存的.sat文件：
后續進行網格劃分等操作，在ANSYS Workbench內進行即可：
插件下載
建模用到的CAD插件下載：
CAD隨機球體顆粒插件
展開 CAD隨機球體顆粒 中空圓柱分布 ￥399
插件簡介
CAD隨機球體顆粒-中空圓柱分布插件可在AutoCAD軟件內實現中空圓柱試件及內部隨機球體的參數建模功能，插件可指定中空圓柱試件的外徑、內徑、高度，及球體的分布參數。
插件可控制隨機球體之間的最小間距，以確保隨機球體間不會發生干涉，當球體最小間距設置為負數時，球體間可能會發生相交。
插件可指定生成三個粒徑范圍的球體，同時可控制每種粒徑球體所占比例，以實現不同級配骨料的生成。
插件可對不同部件進分圖層繪制，方便批量操作。
插件可實現中空圓柱狀圓環部件的模擬，如材料內部缺陷、復合材料、顆粒增強材料等。
插件生成的CAD模型可導入其他有限元軟件進行建模，如在comsol、ANSYS、Abaqus等有限元軟件內用于混凝土細觀力學分析、圓柱試件受力模型、內部缺陷分析、多孔介質滲流模擬、顆粒導電分析等。
說明提醒
插件支持AutoCAD2010~2023版本。
插件需要注冊，注冊后可永久使用，版本更新不影響注冊狀態，注冊請聯系QQ：1135122921。
樣圖
中空圓柱隨機球體樣圖CAD2010.rar
展開 
CAD隨機球體插件 專業版 ￥1799
插件介紹
CAD隨機球體插件專業版可用于在AutoCAD內建立隨機分布的球體三維模型。
模型說明
模型尺寸中長度、寬度、高度：設定隨機球體生成的長方體區域，及生成的長方體部件尺寸。
建模控制中球體內包參數為限定球體是否會穿過模型的邊界。當球體內包打開時，所有球體均位于長方體部件內部，與長方體邊界不相交；當球體內包關閉時，球體可跨越長方體邊界。
最小間距參數為控制球體之間可能存在的最小距離，間距指球體外表面之間的最小距離，可同時限定球體與長方體模型外邊緣的最小距離。當最小間距設置為非負數時，所有球體之間均不會發生相交；當設置為負數時，球體可能出現干涉?？煽刂拼藚档闹祦韺崿F連通孔隙或封閉孔隙。
迭代指數為單個球體的投放嘗試次數，模型采用隨機投放算法生成，適當加大迭代指數可確保模型能有效構建。
粒徑比例參數可設置球體的最小直徑、最大直徑、體積比參數，體積比指當前組球體的總體積占長方體試件體積的比例。插件通過右側的添加按鈕可設置任意多組粒徑比例，以實現如正態分布、富勒曲線、連續級配、間斷級配等較為復雜的粒徑分布模型。
AutoCAD內對粒徑比例中每組序號的球體分圖層繪制，便于批量管理。
繪圖完成后，插件輸出包含模型孔隙率、每組粒徑范圍的球體數量、球體比例在內的整個模型信息。
展開 Abaqus隨機球體三維圓柱體試件建模插件 ￥98
插件介紹
AbyssFish Random Sphere Cylinder 3D V2.0 插件可在Abaqus內參數化生成隨機分布的球體部件及圓柱體試件三維模型。插件可用于構建球體骨料混凝土細觀、球體彈丸、泡沫混凝土、多孔結構模型等，可設置模型的尺寸、球體的粒徑分布、球體比例等參數。
模型說明
插件采用多部件（Part）裝配方式，分別建立隨機分布的球體及帶有孔洞的圓柱體部件，并進行模型裝配。
插件建立的模型中每個球體為一個獨立的部件，且插件已對所有球體進行空材料的指派，用戶可批量更改球體的截面屬性。
模型中所有球體可以批量進行網格劃分，方便用戶使用。
注意，插件僅完成了幾何部件的裝配操作，并未指定材料屬性、分析步、相互作用、載荷、網格等，此部分內容需要用戶根據模擬內容自行設置。
參數說明
Diameter、Height：設置圓柱體模型的直徑及高度。單位全局統一即可。
Diameter Min、Diameter Max：球體的直徑分布區間。隨機球體均勻分布在設定的參數值范圍內。
Sphere ratio：所有球體的體積占圓柱體體積的比例。
Gap_min：球體之間可能存在的最小間距，本參數設置是為了防止球體之間距離過小造成模型中存在小邊，而影響到后期的網格劃分。
Steps_max：最大投放次數，模型采用隨機投放算法，達到設定的投放嘗試次數后停止。此參數若設置過小可能會達不到設定的球體百分比，應根據球體數量適當調整。
適用版本
插件可運行在Windows10、11系統上，支持Abaqus2024及以上版本。
展開 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 ￥369
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。
三維隨機纖維-球體骨料細觀混凝土模型——四相（砂漿、骨料、ITZ和纖維）組分的復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代碼隨機生成一個球體特征數據，再與已存儲的球體數據進行判斷（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據庫中，進行下一個球體的生成與判斷；若小于，則不存儲，進行下一個球體的生成判斷。最后使用python與abaqus之間的接口，把數據轉化為圖形即可。
把這個思路放到纖維與骨料之間的判斷中來，似乎也能進行相應的判斷。只需要生成隨機的纖維，用纖維端點坐標與骨料球心坐標，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域已經大大縮小了。如下圖所示，當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，這根纖維就將被認為不能放在混凝土中。
展開 Abaqus隨機球體三維建模插件 ￥98
插件介紹
AbyssFish_RandomSphere3D V2.0 插件可在Abaqus內參數化生成隨機分布的球體部件及與之適配的多孔長方體部件。插件可用于構建球體骨料混凝土細觀、隨機彈丸、泡沫混凝土、多孔結構模型等，可設置模型的尺寸、球體的粒徑分布、球體比例等參數。
模型說明
插件采用部件（Part）裝配方式，分別建立隨機分布的球體及帶有孔洞的長方體部件，并進行模型裝配。
插件建立的模型中每個球體為一個獨立的部件，且插件已對所有球體進行空材料的指派，用戶可批量更改球體的截面屬性。
模型中所有球體可以批量進行網格劃分，方便用戶使用。
注意，插件僅完成了幾何部件的裝配操作，并未指定材料屬性、分析步、相互作用、載荷、網格等，此部分內容需要用戶根據模擬內容自行設置。
參數說明
Length、Width、Height：設置模型的長寬高尺寸，分別對應坐標軸x， y，z方向。單位全局統一即可。
Radius_Max、Radius _Mid、Radius _Min：大中小三種粒徑球體的半徑分布區間。粒徑區間設置可連續也可不連續，可指定所有粒徑大小一致。
Ratio：當前組球體占所有球體的比例，比例為體積比。
Volume ratio：所有球體的體積占長方形體積的比例。
Gap_min：球體之間可能存在的最小間距，本參數設置是為了防止球體之間距離過小造成模型中存在小邊，而影響到后期的網格劃分，此參數設置建議大于外側長方體的最小單元尺寸。
Timeout：最大投放次數，模型采用隨機投放算法，達到設定的投放嘗試次數后停止。
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