水化開裂分析
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
水化開裂分析的視頻教程
ABAQUS 細觀混凝土UMAT/VUMAT二次開發cohesive element偏心加載梁開裂分析—SCI論文復現
因此需要通過ABAQUS二次開發接口UMAT/VUMAT單獨開發適合微觀混凝土開裂分析的拉剪耦合cohesive單元本構。
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水化開裂分析的實例教程
①澆筑混凝土時，水泥在水化過程中產生大量熱量會使混凝土的溫度升高。雖然隨時間的推移混凝土的溫度會慢慢冷卻，但結構各個位置的溫度下降速度不均勻，結構不同位置將發生相對溫差，此溫差會使混凝土發生溫度應力，產生裂縫。
②混凝土水化熱引起的應力可以分為內部約束應力和外部約束應力兩大類。
混凝土內部不同溫度分布引起的不同體積變化而導致的應力稱為內部約束應力，如混凝土澆筑初期因內部溫度升高將發生膨脹，但混凝土表面的溫度下降較快，相對應變較小，從而使混凝土產生拉應力 ，此類拉應力裂縫主要發生在尺寸較大的結構。
混凝土在冷卻時會發生收縮，但會受到與其接觸的原有的混凝土或地基的約束而產生拉力，這種受外部邊界約束而產生的應力為外部約束應力。
③水化熱分析主要分為熱傳導分析和熱應力分析。.
熱傳導分析主要計算水泥的水化過程中發熱、傳導、對流等引起的隨時間變化的節點溫度。
將得到的節點溫度作為荷載加載后，計算隨時間變化的應力稱為熱應力分析。
④大體積混凝土的溫度裂縫可以利用溫度裂縫指數(Crack Ratio, Icr) 來驗算。溫度裂縫指數要滿足結構的重要性、功能、環境條件等因素的要求。溫度裂縫指數受水泥的類型、澆筑溫度、養生方法等多因素的影響，所以需要對多種條件進行反復分析以找出最佳的澆筑方法。
展開 ①澆筑混凝土時，水泥在水化過程中產生大量熱量會使混凝土的溫度升高。雖然隨時間的推移混凝土的溫度會慢慢冷卻，但結構各個位置的溫度下降速度不均勻，結構不同位置將發生相對溫差，此溫差會使混凝土發生溫度應力，產生裂縫。
②混凝土水化熱引起的應力可以分為內部約束應力和外部約束應力兩大類。
混凝土內部不同溫度分布引起的不同體積變化而導致的應力稱為內部約束應力，如混凝土澆筑初期因內部溫度升高將發生膨脹，但混凝土表面的溫度下降較快，相對應變較小，從而使混凝土產生拉應力 ，此類拉應力裂縫主要發生在尺寸較大的結構。
混凝土在冷卻時會發生收縮，但會受到與其接觸的原有的混凝土或地基的約束而產生拉力，這種受外部邊界約束而產生的應力為外部約束應力。
③水化熱分析主要分為熱傳導分析和熱應力分析。.
熱傳導分析主要計算水泥的水化過程中發熱、傳導、對流等引起的隨時間變化的節點溫度。
將得到的節點溫度作為荷載加載后，計算隨時間變化的應力稱為熱應力分析。
④大體積混凝土的溫度裂縫可以利用溫度裂縫指數(Crack Ratio, Icr) 來驗算。溫度裂縫指數要滿足結構的重要性、功能、環境條件等因素的要求。溫度裂縫指數受水泥的類型、澆筑溫度、養生方法等多因素的影響，所以需要對多種條件進行反復分析以找出最佳的澆筑方法。
展開 建立砂漿、骨料、界面過渡區（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。
根據實際工況設置合理的初始條件及邊界后，添加瞬態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 何謂大體積混凝土，英文是concrete in mass，我國《大體積混凝土施工標準》GB50496-2018里規定：混凝土結構物實體最小幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有害裂縫產生的混凝土，稱之為大體積混凝土。----引自百度百科。
通俗來說，對于澆筑尺寸邊長大于1m的混凝土構筑物，都可以當做大體積混凝土。在實際工程中，大體積混凝土廣泛應用于船塢、船閘、橋墩、閘底板、大壩等工程。如下述圖片所示
大型水利樞紐--圖片源于網絡。
橋墩--圖片源于網絡。
船閘模型示例--圖片源于網絡。
澆筑中的基礎--圖片源于網絡。
大體積混凝土由于體積厚大，導熱系數較低，容易生產溫度裂縫。但由于水泥水化過程中，系統的溫度、生熱率、熱流率、熱邊界條件等參數隨時間都有明顯變化。下面說下ANSYS中如何進行水化熱分析。
利用ANSYS進行水化熱分析時，一般分兩步走：第1步，采用溫度場單元進行水化熱溫度場分析；第2步，將前面所得到的的溫度場分析結果轉為應力場，施以相應的邊界條件，然后進行應力場分析。
利用 ANSYS進行溫度場分析時，對于三維實體單元，通常采用SOLID70 ，通過查看幫助文檔或者教程，可知該單元有8 個節點，且每個節點上只有一個溫度自由度，具有三個方向的熱傳導能力，并能實現勻速熱流的傳遞。該單元可以用于三維靜態或瞬態的熱分析，同時此單元也可以進行結構分析。
solid70單元
用ANSYS計算大體積混凝土溫度場的目的是以此為基礎來計算溫度應力。因此計算大體積混凝土三維溫度場時可選取三維實體熱單元SOLID70，該單元可以在前處理器通過“ETCHG,TTS”命令進行單元轉換，原來的熱單元SOLID70 將自動轉換為結構單元SOLID45，以方便接下來的溫度應力計算。
展開 01
案例背景
某電子產品的固定裝置出現螺絲柱開裂，前期嘗試通過調整螺絲尺寸、扭矩設定及組裝工藝的條件參數仍會再現不良。據了解，失效件來自多個生產批次，但其原材料集中在同一批次中，考慮失效模式可能為配方工藝失效，所以進行失效位置的全成分定量分析及失效分析。
02
案例分析
失效件原材料集中在同一批次，其他批次原材料未出現失效斷裂，需進行該批次原材料的全成分定量分析，且該裝置是裝配后出現的失效，分析方案需要考慮裝配件的影響，并對裝置進行應力評價測試。
03
結果分析
(1) 形貌分析
掃描電鏡形貌結果顯示，NG件斷裂面孔洞缺陷處表面較為粗糙，呈現“顆粒狀”（見圖1）；并且NG件螺孔內表面有明顯的弧形凹陷形貌（見圖2）；靠近孔洞缺陷的一側斷面較為平整（見圖2(a)區）；另一側斷面較粗糙、有弧形擴展紋、靠近外邊緣有臺階狀形貌（見圖2(b)區、(c)區）。
圖1. NG件斷裂螺柱內部孔洞放大圖
圖2. NG件斷裂螺柱內部形貌
(2) 成分分析
根據定性定量成分分析測試結果表明，NG件和OK件主要成分均為POM材質，助劑和填料成分存在差異。其中OK件中含有較多苯代三聚氰胺BGA，且含量高于NG件，其抗氧劑含量也高于NG件；NG件中含有硫酸鋇和磷酸三苯酯，而OK件幾乎沒有。
圖3 產品裂解圖
(3) 應力評價
采用鹽酸對樣品進行應力評價，如圖3所示，酸蝕后的OK件底端、側端均出現橫向裂紋；OK件側端、OK件頂端出現由內向外的應力開裂。表明制件在這些位置存在較大的內應力，容易產生應力集中。
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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（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。
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01Mullins效應
? 通過Mullins效應進行橡膠件的損傷分析，當損傷到達1時，認為橡膠出現開裂，但是在實際仿真計算中需要進行大量的分析計算，工作量巨大。
02彈性體疲勞壽命損傷理論
?通過彈性體疲勞壽命損傷理論來進行疲勞壽命分析，基本思想和傳統的金屬疲勞的一致，仿真計算工作量很小，適合在工程計算中應用。
03基于開裂能量密度
? 通過開裂能量密度的方法進行疲勞壽命的計算
在橡膠件CAE仿真分析中，橡膠件剛度，密封性等仿真工況的分析相對容易，但是如何進行橡膠疲勞壽命的分析當前還是困擾工程師的一個難題。
Marc在橡膠、密封行業有著廣泛的應用，針對橡膠疲勞壽命的仿真，Marc有幾種方法可以實現：
01 Mullins效應
? 通過Mullins效應進行橡膠件的損傷分析，當損傷到達1時，認為橡膠出現開裂，但是在實際仿真計算中需要進行大量的分析計算
在橡膠件CAE仿真分析中，橡膠件剛度，密封性等仿真工況的分析相對容易，但是如何進行橡膠疲勞壽命的分析當前還是困擾工程師的一個難題。
Marc在橡膠、密封行業有著廣泛的應用，針對橡膠疲勞壽命的仿真，Marc有幾種方法可以實現：
01
Mullins效應
? 通過Mullins效應進行橡膠件的損傷分析，當損傷到達1時，認為橡膠出現開裂，但是在實際仿真計算中需要進行大量的分析計算
01
案例背景
某電子產品的固定裝置出現螺絲柱開裂，前期嘗試通過調整螺絲尺寸、扭矩設定及組裝工藝的條件參數仍會再現不良。據了解，失效件來自多個生產批次，但其原材料集中在同一批次中，考慮失效模式可能為配方工藝失效，所以進行失效位置的全成分定量分析及失效分析。
02
案例分析
失效件原材料集中在同一批次，其他批次原材料未出現失效斷裂，需進行該批次原材料的全成分定量分析
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。
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、
編 輯 | 化工活動家
來 源 | 石油化工設備技術、沈陽中科韋爾
作 者 | 劉殿如等
關鍵詞 | 加氫裝置 高壓換熱器 開裂
共 3359 字 | 建議閱讀時間 15 分鐘
導 讀
某煉油廠加氫裂化裝置原料油主要是常減壓直餾蠟油，可以摻煉部分焦化蠟油抽余油和外購蠟油。氫氣由制氫裝置及氫氣提純裝置提供。
2018年7月17日，因脫丁烷塔安全閥啟跳
何謂大體積混凝土，英文是concrete in mass，我國《大體積混凝土施工標準》GB50496-2018里規定：混凝土結構物實體最小幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有害裂縫產生的混凝土，稱之為大體積混凝土。----引自百度百科。
通俗來說，對于澆筑尺寸邊長大于1m的混凝土構筑物，都可以當做大體積混凝土。在實際工程中，大體積混凝土廣泛應用于船塢
要分析零件開裂的原因和解決辦法，我們需要從四個角度出發：
溫度（模溫和料溫）
注塑的壓力
材料流動
零件的冷卻
其次，PE注塑開裂的位置也是由不同原因導致的：
當開裂產生在材料流動的方向
開裂的原因是材料分子的方向
