細觀損傷斷裂數值模擬的案例
ABAQUS基于CT掃描重建與CDP模型的混凝土細觀損傷斷裂三維數值模擬
上篇文章介紹了ABAQUS通過CT或切片數據重建混凝土多組分三維細觀模型。本案例介紹采用CDP材料對三維重建的混凝土細觀模型進行損傷斷裂數值模擬有限元分析。
ABAQUS模型重建完成后，在屬性里建立骨料、砂漿、ITZ材料參數，并替換截面內原有的空材料，這里砂漿及ITZ可使用EasyCDP插件直接生成混凝土損傷塑性材料，由于不考慮骨料的損傷破壞，因此不必設置骨料的損傷參數。
將混凝土細觀部件進行裝配，添加分析步，并在載荷中設置受壓載荷。
建立并提交作業，查看最終的模擬結果。
展開 【原創成果】細觀混凝土、UHPC數值建模與非線性斷裂模擬
作為典型的非均質工程復合材料，普通混凝土、超高性能混凝土(UHPC)、纖維混凝土(FRC)、纖維復合材料(FRP)等的斷裂是局部微小裂隙、孔洞、各相界面等初始缺陷從起裂、擴展至融合為宏觀裂縫的過程，該過程橫跨微觀、細觀、宏觀等多個尺度，因此采用多尺度實驗和計算模擬等手段進行研究成為自然的選擇?，F有國內外研究一般將這些復合材料等效為各向同性均勻介質，建立模型比較方便，能夠獲得結構的宏觀響應例如荷載-位移曲線等。但這些宏觀均質模型未模擬隨機分布的骨料、纖維、界面及孔洞等細觀特征，較難精確闡明材料破壞的多尺度機理。與宏觀均質模擬相比，細觀計算模擬目前具有兩方面挑戰：一方面需要模擬復雜的細觀各相材料及其相互作用；另一方面需要求解大規模非線性方程，準確模擬損傷斷裂中的材料軟化現象。
目前，混凝土、UHPC細觀模型主要有兩種直接建模方法，一種是基于骨料、纖維的形態和分布予以假設的隨機骨料、隨機纖維模型，這種比較多見；另一種是近來國內外興起的基于XCT真實圖像的模型(XCT image-based model)。本文將以這兩種模型為研究對象，選用已發表的成果作為例子介紹給大家(整理了一些直觀圖片)，感興趣的朋友可詳閱附上的文獻，歡迎大家批評指正。
還有一種非直接的細觀模擬方法， 即采用隨機場理論，也可以間接模擬細觀斷裂，例如：
□ Zhang H, Huang Y J, Hu X J, Xu S L. A quasi-brittle fracture investigation of concrete structures integrating random fields with the CSFEM-PFCZM. Engineering Fracture Mechanics, 2023, 281: 109107.
展開 ABAQUS切片掃描三維重建再生骨料混凝土細觀損傷斷裂數值模擬
再生骨料的損傷斷裂。
基于相場損傷模型的混凝土細觀壓縮斷裂模擬
緒論
斷裂是混凝土材料破壞的主要模式。可靠、高效的混凝土斷裂模型在橋梁、隧道、大壩等土木工程結構的安全評估中發揮著重要作用。對混凝土斷裂的研究,尤其對其裂紋萌生和擴展的研究,引起了國內外學者越來越多的關注?；炷?em>斷裂的數值模擬與斷裂理論、物理試驗相互印證與補充,并隨著科技發展不斷地提高著混凝土斷裂問題模擬的準確性。近年發展起來的斷裂相場法,通過場變量的自動演化獲取裂紋路徑,可方便地模擬出裂紋的動態擴展過程。因此本案列將采用基于<a href="/major/<a href="/major/ABAQUS的斷裂相場模型實現對混凝土斷裂問題的模擬分析并探討該模型的工程實際適用性
理論基礎
相場法是一種以經典熱、動力學理論為基礎,由耦合的非線性的力平衡方程和相場梯度型演化方程組合而成的唯象方法。該方法引入一組場變量來描述結構的相變過程。與銳界面法中場變量的不連續性相反的是,相場法中場變量在界面區域具有連續性,可以用來描述材料初始時和完全破壞之間的平滑過渡。相場變量能分成保守的場變量與非保守的場變量兩種,總量在物體結構演化中保持不變的為保守的場變量,如原子和電荷的濃度場;總量在物體結構演化中為不守恒的并從0到1變化的是非保守的場變量,如馬氏相變。
Frankfort和Marigo基于能量最小化原理提出了Griffith理論的變分形式。描述斷裂的相場法中材料勢能分為兩部分，彈性應變能和表面能，分別對應于完好相和斷裂相。Griffith理論的泛函形式可以表達為:
其中是對稱的小應變張量，代表裂紋面，Ω為求解區域。斷裂問題系統自由能由彈性應變能(等號右邊第一項)和斷裂表面能(等號右邊第二項)構成，裂紋的擴展受自由能最小化原理控制。通過求能量泛函的極值可以獲得材料系統的控制方程。
采用有限寬度的彌散區域來近似表征離散裂紋面，如圖 1所示。
展開 
COMSOL混凝土細觀單軸拉伸斷裂模擬基于相場損傷模型
混凝土細觀模型
構建骨料、砂漿、界面過渡區三種組分的混凝土細觀模型，模型構建采用CAD隨機多邊形顆粒插件進行參數化建模生成，操作詳細步驟可參考：【COMSOL隨機多邊形骨料及界面過渡區ITZ建?！?插件中粗骨料采用多邊形模型，骨料的位置以隨機投放的算法進行實現，骨料多邊形形狀及邊數可通過參數進行定義；界面過渡區（ITZ）采用單獨的部件，分布于粗骨料與砂漿之間，以此來獲得表征混凝土細觀特征的隨機骨料模型。
相場斷裂理論
現階段在有限元框架下模擬裂紋擴展的數值分析方法主要有單元刪除法、界面單元法、擴展有限元 (XFEM)等；相場理論是通過在尖銳裂縫擴展的邊界引入0~1的相場來反映材料的損傷或斷裂程度，通過相場的控制方程來實現變量的演化。相場 (phase-field) 斷裂模型是一種彌散式裂紋模型，是基于傳統 Griffith理論, 通過能量平衡理論研究裂紋的擴展行為，與其他斷裂理論相比，相場理論具有便于描述裂紋的形成、分岔等復雜情況，網格敏感性較小等優點。
模型樣圖
建模采用的CAD模型樣圖可在下面鏈接下載：
https://www.yqgqt.org.cn/post/1787116
展開 ABAQUS結構損傷及斷裂數值及工程應用專題
網格無關性簡介
案例2：T型管網格劃分
案例3：復雜裝配體網格劃分
案例4：節點移動
ABAQUS
斷裂力學與損傷概述
理解斷裂力學與損傷基本技術點
1. ABAQUS斷裂力學功能匯總
2. 材料損傷的種類與定義過程
3. 斷裂力學的應用場景與技術特點
4. 斷裂過程對網格質量的要求
5. 斷裂力學與損傷建模注意事項及技巧
6. 聚合層單元的剝離過程
7. 虛擬裂紋擴展（VCCT）基本過程
8. 擴展有限元（XFEM）詳細過程
9. 常見裂紋擴展結果后處理與數據顯示
10. 斷裂力學J積分及強度因子等重要概念
案例5：T向焊接件焊縫表面裂紋熱固耦合應力強度因子計算
案例6：壓力容器表面橢圓裂紋J積分算法
案例7：多裂紋板裂紋尖端T應力計算
案例8：中心裂紋拉伸作用蠕變過程C*積分計算
案例9：3D雙臂梁界面擴展模擬
案例10：三點彎曲三維裂
ABAQUS
斷裂與損傷常見注意事項
幾種常見的斷裂與損傷分析過程
掌握常見斷裂分析過程
斷裂與損傷力學重點結果處理
培訓收費有兩類，請您按自身需要靈活選擇。
展開 【10月25日-28日 西安】Abaqus結構損傷及斷裂數值仿真及工程應用專題
一、19個實例模型貼近工程實戰操作：
案例01：實體-梁結構連接靜載分析
案例02：T型管網格劃分
案例03：采用局部控制T型管網格劃分
案例04：復雜裝配體網格劃分
案例05：節點移動
案例06：T型焊接件焊縫表面裂紋熱-固耦合應力強度因子計算
案例07：壓力容器表面橢圓裂紋J積分算法
案例08：多裂紋板裂紋尖端T應力計算
案例09：中心裂紋拉伸作用蠕變過程C*積分計算
案例10：3D雙懸臂梁界面擴展模擬
案例11：三點彎曲三維裂紋擴展計算
案例12：時間序列載荷生成
案例13：時間序列載荷合成
案例14：剛柔耦合機構應力疲勞計算
案例15：壓力容器疲勞計算
案例16：振動臺疲勞計算
案例17：點焊疲勞計算
案例18：焊縫疲勞計算
案例19：平板單邊裂紋擴展疲勞計算
二、差異化、效果保證：
1、實戰：專注CAE仿真計算12年，有自己的超算中心，積累了大量的項目工程案例
2、原理：帶領學員訓練實操過程，注重步驟和設置原理
3、系統：7600+學員反饋、工程實例更新與精選，形成系統的版權知識體系
4、響應：自主師資與合伙人模式，可直接對接客戶問題，即時做出響應
5、效果：所有學員提供高配筆記本、工程模型、電子資料、操作軟件、操作指導與反饋
三、增值服務
持本人學生證或教師證享有9折優惠；一個單位同時報名2人享有9折優惠； 一個單位同時報名3人以上（含）享有8.5折優惠。
四、時間地點
2019年10月25日 - 28 日 西安
（第一天報道，上課三天）
五、課程大綱：
六、培訓費用
1、3980元/人（含正脈科工CAE結業證書一本）,住宿可統一安排，費用自理。
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
混凝土細觀模型壓縮拉伸數值模擬
基于Python語言對abaqus進行二次開發，從細觀層面建立混凝土細觀模型，根據瓦拉文公式計算出多級配骨料含量，實現多級配骨料隨機投放與干涉檢驗，建立圓形，多邊形骨料模型?；?em>細觀模型壓縮，拉伸數值模擬調試收斂。需要幫助私聊我QQ827590183
ABAQUS基于CT斷層掃描的細觀混凝土三維重建數值模擬
本文介紹一種基于混凝土CT斷層掃描圖像在Abaqus有限元軟件內進行三維混凝土細觀模型的建模方法，實現混凝土粗骨料及砂漿的三維重構并對其采用塑性損傷模型（CDP）進行有限元模擬。
首先采用X射線CT技術獲取混凝土的斷層掃描圖像數據。
在Abaqus CAE軟件內，采用AbyssFish CT2Model 3D V1.0插件對CT斷層掃描文件在Abaqus內進行細觀混凝土三維重建。
三維重建的混凝土細觀模型包括粗骨料、砂漿基體雙相材料。
由于在混凝土中粗骨料強度遠高于砂漿部分，混凝土在發生破壞時粗骨料一般不斷裂，因此模型中僅對砂漿部分設置混凝土損傷塑性（Concrete Damaged Plasticity）材料參數。
對模型添加分析步，并設置場輸出及歷程輸出。
添加載荷，混凝土模型上表面指定一個位移，對下表面添加約束，以模擬混凝土試件的單軸受壓狀態。
創建并提交作業，查看混凝土細觀模型的破壞結果。
展開 LS-DYNA | 鎢銅射流細觀的數值模擬
有需求聯系qq：1772619227
本次計算的顆粒較大，鎢球顆粒應在2~8um，歐拉網格需要在1um才能保證鎢球的形狀
金屬鎢的沖擊阻抗較大，導致鎢材料大部分位于杵體部分。
【4月17-21日 北京】ANSYS Workbench結構損傷、疲勞與斷裂數值計算方法與工程應用
背景
結構的損傷、疲勞與斷裂破壞是工程結構遭受往復載荷引起結構失效的重要因素，該方面的計算分析越來越受到工程界的重視。為使學員理解損傷、疲勞和斷裂計算的相關概念和原理，同時也幫助工程師在最短時間內掌握軟件的使用方法，提升解決實際問題的能力，提高新產品設計與評估的能力。特舉辦“ANSYS Workbench結構損傷、疲勞與斷裂數值計算方法與工程應用”培訓。該課程全面系統的講解nCode DesignLife軟件疲勞、損傷計算的原理和ANSYS Workbench斷裂計算原理，軟件設置方法以及常見問題的解決方法，重點講解材料疲勞曲線，載荷譜的處理方法，有限元結果的使用，應力疲勞，應變疲勞，振動疲勞，斷裂參數計算，界面開裂模擬，裂紋擴展計算，疲勞裂紋擴展壽命分析等內容。詳情請參見第四部分“內容大綱”。
時間地點
時間： 2019年4月17日-4月21日（第一天報到，授課4天）
地點：北京
主講專家
該課程講師，副教授，博士畢業于哈爾濱工業大學工程力學專業，擅長工程數值分析，14年仿真分析經驗；仿真領域涉及結構靜、動力計算，結構疲勞、損傷與斷裂，計算流體力學，流固耦合及多物理場耦合數值模擬，轉子及多體動力學，工程傳熱與熱應力計算，爆炸與沖擊力學，ansys二次開發等。發表學術論文20余篇，其中SCI、EI收錄論文13篇，申請發明專利2項。培訓70多場次，學員上千人。
內容大綱
報名費用
標準費用：4980元/人，食宿可統一安排，費用自理。
展開 ABAQUS二維混凝土細觀靜力學單軸壓縮損傷破壞模擬案例
ABAQUS二維混凝土細觀靜力學單軸壓縮損傷破壞模擬
https://www.yqgqt.org.cn/video/c247256
ABAQUS損傷斷裂(例2) 盾構機掘進巖石破碎模擬(單元刪除技術) ￥66.67
盾構機掘進時的巖石破碎模擬(含單元刪除技術)
采用顯示動力學:
盾構機刀盤模擬為剛體，在轉動掘進的過程中破碎巖石。在巖石達到破碎應力后，采用單元刪除技術刪除掉已破碎的巖石單元。
模型概況：
模型的建立及邊界條件的設置
模型的網格劃分
模擬的結果：
掘進時的動態效果
模擬后的結果
隱藏掉盾構機刀盤后巖石破碎時的應力分布
隱藏掉盾構機刀盤后巖石破碎時的等效塑性應變分布
《原創》ANSYS/ls-dyna考慮骨料、砂漿、ITZ細觀混凝土模型動態劈裂數值模擬 ￥100
關于SHPB數值模擬的研究已較為深入，模擬優勢主要在于可通過修正參數使模擬結果與實際一致，以此為基礎對材料的動態破壞過程及更為復雜的工況進行模擬研究，主要研究對象主要分為混凝土、巖石、金屬、陶瓷等材料，并通過LS-DYNA中的RHT、HJC、JC、K&C、CSC等材料模型來模擬上述材料在中高、高應變率荷載作用下裂紋擴展及損傷規律，試件往往采用的是均質模型。
近年來，關于非均質模型的研究已取得一些進展：
1.《Study of concrete damage mechanism under hydrostatic pressure by numerical simulations》一文中建立了考慮骨料、砂漿的兩相混凝土模型，并采用“背景投影法（網格映射法）”建立了六面體非均質混凝土有限元模型。
2.《3D mesoscopic investigation of the specimen aspect-ratio effect on the compressive behavior of coral aggregate concrete》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（網格映射法）”建立了六面體非均質混凝土有限元模型。
3.《基于三維隨機細觀模型的珊瑚混凝土力學性能模擬》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（網格映射法）”建立了六面體非均質混凝土有限元模型。
相比均質有限元模型，非均質有限元模型的仿真結果可信度更高，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，可用于靜態力學試驗、動態力學試驗、爆破領域、建筑結構領域等。
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