細觀損傷分析
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-05
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輕骨料混凝土細觀損傷演化分析
1研究現狀
混凝土材料的準脆性斷裂破壞是裂紋萌生、穩定擴展和失穩擴展的過程。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象，混凝土出現裂縫后，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，主要分為連續和非連續裂縫模型兩類［3-4］。經典連續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值模擬研究仍然很少。基于連續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損傷斷裂行為的還未見相關報道。
展開 對于損傷的判斷，纖維采用Hashin準則：
樹脂采用最大應力：
仿真效果
應力：
損傷分布：
編輯
跳轉
應力應變曲線結果：
（《基于嵌入式約束的機織復合材料細觀建模與分析》）
本案例以混凝土襯砌的損傷為主線，從細觀角度，在多場耦合分析方程中引入損傷變量，應用COMSOL實現襯砌損傷過程中的熱-濕-力場三場耦合模型。通過案例和視頻講解可以掌握利用COMSOL實現襯砌混凝土溫度、濕度、氣動荷載相互作用和多因素耦合作用下襯砌結構的損傷，具體例子和視頻詳細講解附后。
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混凝土材料的性能及其損傷破壞機理至關重要。本案例介紹在COMSOL內建立包含多邊形骨料及ITZ的混凝土細觀模型，并對其受壓損傷破壞進行研究。
隨機多邊形骨料混凝土細觀模型采用CAD隨機多邊形顆粒插件建模，將模型中的骨料、ITZ、基體分別另存為dxf格式文件。此CAD樣圖也可在以下鏈接中下載獲取。
CAD隨機多邊形顆粒
將導出的dxf文件依次導入到COMSOL內，并通過布爾操作形成混凝土細觀模型。
對模型進行材料指定，對骨料、砂漿、ITZ分別設置對應密度、楊氏模量及泊松比，同時設置損傷參數，并對模型進行網格劃分。
模型下表面設置為固定約束，上表面指定位移，模擬混凝土試塊受壓狀態，提交計算完成研究。
展開 abaqus混凝土塑性損傷細觀模型-基于隨機骨料建模
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[圖片]
基體的處理
我們在《機織復合材料細觀損傷分析》一文中，已經闡明，可以采用嵌入式約束的方法將纖維和基體進行耦合，這樣可以不對基體做布爾運算，簡單的六面體網格進行基體單元的快速劃分。
對于機織蜂窩復合材料來說，這里會增加一個難題，就是基體也是蜂窩狀的，即它在空間中也是間斷的，不是連續的。這就不好用一個大的六面體進行包裹，因此網格難度增加了。
機織復合材料細觀損傷分析仿真6個月前
機織復合材料
猶記得研究生面試，老師問我知不知道你導師是研究什么方向的。
這題我有準備，遂答：先進復合材料。先進這個詞我還刻意加重了語氣。
其實當時來說，先進在哪我是一概不知。本文就以機織復合材料為題，看看先進復合材料力學性能的常用研究方法。
目前工業上用的最多的一種復合材料結構是層合板。它像千層底布鞋那樣，由很多層纖維布堆疊而成。每一層的纖維絲都有一個特定的角度，通過調整這個角度
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。
本案例介紹在COMSOL內通過球體粗骨料顆粒的堆積算法
ABAQUS二維混凝土細觀靜力學單軸壓縮損傷破壞模擬
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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
本案例基于ABAQUS AbyssFish CT2Model 3D V2.0插件，利用混凝土立方體試件的切片掃描圖像實現高精度有限元模型三維重建，精準劃分骨料及水泥砂漿區域，構建三維再生骨料混凝土細觀模型。施加單軸壓縮荷載，動態追蹤再生混凝土的損傷演化過程，揭示裂紋的萌生及擴展機制。本案例基于真實結構的三維重建，突破傳統隨機模型的局限性，為再生混凝土的性能優化提供可靠理論依據。
1、 問題描述
研究蜂窩夾芯結構的面板和芯子的脫膠損傷問題，蜂窩夾芯結構由上面板、下面板、膠膜及芯子組成，通過ANSYS進行數值模擬。以承受板芯剝離方向載荷并含脫膠的蜂窩夾芯板為算例，整個模擬的尺寸為100*100*14.1(mm)。上、下面板為8層層合板（厚度為8*0.15mm，其層合順序為[0/45/-45/90]s），并附加1層膠層（厚度為0.35mm），用殼單元模擬。中間為蜂窩芯子（厚度為
再生混凝土力學性能受再生骨料比例、強度等多方面影響，通過有限元方法對再生骨料混凝土模擬對評估混凝土抗壓強度有重要意義。本案例通過CAD隨機多面體3D插件建立隨機分布的混凝土再生粗骨料模型，并將模型導入ABAQUS內，通過對再生骨料及普通骨料的設置，進行再生混凝土的軸壓力學研究。
在AutoCAD軟件內，采用CAD隨機多面體3D V1.0插件建立混凝土骨料
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混凝土材料的性能及其損傷破壞機理至關重要。本案例介紹在COMSOL內建立包含多邊形骨料及ITZ的混凝土細觀模型，并對其受壓損傷破壞進行研究。
