混凝土類材料的案例
ANSYS混凝土三維隨機(jī)骨料 混凝土細(xì)觀 隨機(jī)球體 顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料建模
研究進(jìn)展
通過ANSYS進(jìn)行混凝土細(xì)觀模型的構(gòu)建是進(jìn)行混凝土性能分析的有效方法，在ANSYS內(nèi)構(gòu)建混凝土細(xì)觀模型是分析的前提?，F(xiàn)階段在ANSYS內(nèi)進(jìn)行隨機(jī)混凝土模型構(gòu)建的主流方法是通過APDL命令流等形式，這要求研究者應(yīng)具有一定的程序設(shè)計能力。
為了方便快捷的構(gòu)建出混凝土細(xì)觀幾何模型，這里提出另一種建模方案，通過AutoCAD模型導(dǎo)入的方式，實現(xiàn)無編程構(gòu)建混凝土隨機(jī)骨料。
模型構(gòu)建
1、CAD模型生成
首先采用CAD隨機(jī)球體顆粒插件在AutoCAD內(nèi)構(gòu)建三維球體幾何模型：
插件可指定生成隨機(jī)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(jìn)行控制。
將生成的三維球體幾何模型導(dǎo)出為.sat格式文件備用。
2、ANSYS Workbench 導(dǎo)入
打開ANSYS Workbench，在幾何內(nèi)進(jìn)行導(dǎo)入預(yù)先保存的.sat文件：
后續(xù)進(jìn)行網(wǎng)格劃分等操作，在ANSYS Workbench內(nèi)進(jìn)行即可：
插件下載
建模用到的CAD插件下載：
CAD隨機(jī)球體顆粒插件
展開 ABAQUS網(wǎng)格大小對混凝土本構(gòu)模型影響的案例分析 附Abaqus混凝土材料模型解讀與參數(shù)設(shè)置 V2
不知道大家在做混凝土的有限元模擬時有沒有想過一個問題，我們輸入的混凝土本構(gòu)和模型表現(xiàn)出來的本構(gòu)是一樣的嗎？網(wǎng)格大小又對模型表現(xiàn)出來的本構(gòu)有怎樣的影響呢？
本文就以ABAQUS模擬棱柱體混凝土試塊為例，混凝土強(qiáng)度等級為C110，棱柱體尺寸為100mm*100mm*300mm。（就是我們平常做高強(qiáng)混凝土軸心抗壓強(qiáng)度試塊的尺寸）
模擬數(shù)據(jù)
本文采用受壓本構(gòu)數(shù)據(jù)如下：
本文采用受拉本構(gòu)數(shù)據(jù)如下：
模擬時網(wǎng)格分別設(shè)為10mm、30mm、50mm和90mm。
加載方式采用在參考點處施加位移的方式，設(shè)置參考點與棱柱體頂面耦合。
邊界條件設(shè)置為與實際試塊加載的約束條件相同。
模擬結(jié)果
模擬得到的力和位移數(shù)據(jù)經(jīng)過處理，可以得到應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系曲線，如下圖。
從模擬結(jié)果來看，網(wǎng)格大小確實對混凝土本構(gòu)有影響。
1，整體趨勢來看，網(wǎng)格越小，混凝土模型表現(xiàn)出的抗壓強(qiáng)度越大，峰值應(yīng)變越小，達(dá)到峰值后承載力下降越快，相當(dāng)于混凝土越脆。
2，網(wǎng)格10mm和網(wǎng)格30mm的本構(gòu)基本完全相同，但10mm網(wǎng)格的計算時間是30mm的8倍。因此采用10mm的網(wǎng)格不太經(jīng)濟(jì)。
3，網(wǎng)格10mm和網(wǎng)格30mm的本構(gòu)峰值強(qiáng)度比原始本構(gòu)下降6.6%，網(wǎng)格50mm的下降了10.5%，網(wǎng)格90mm的下降了11.7%。下降幅度倒是差別不大。
所以網(wǎng)格的大小確實會影響模型的響應(yīng)，導(dǎo)致其表現(xiàn)出的本構(gòu)與實際不同。
下載地址：Abaqus混凝土材料模型解讀與參數(shù)設(shè)置 V2
展開 隨機(jī)混凝土缺陷模擬
comsol材料表面隨機(jī)凹坑，隨機(jī)缺陷，建模工具，用于模擬混凝土類材料表面的凹坑缺陷，如混凝土梁柱，復(fù)合材料梁柱等。用于研究表面腐蝕，表面缺陷等。凹坑位置及尺寸是隨機(jī)生成的。 最多可以設(shè)置三種不同程度的缺陷半徑分布范圍，比如0.1-0.5mm，0.6-1mm，1.2-3mm。
LS-DYNA中的混凝土材料模型272號材料*MAT_RHT
該變量表示基體材料與多孔混凝土之間的當(dāng)前密度分?jǐn)?shù)，并隨著壓力的增加而減小，即參考密度用αρ表示為。這個變量的演化情況為
其中，p(t)表示t時刻的壓力。該表達(dá)式還涉及初始孔隙擠壓壓力pel、壓實壓力pcomp和孔隙率指數(shù)N。
失效應(yīng)變可用于
侵徹
具有嚴(yán)重變形的
單元
，默認(rèn)設(shè)置為
200%
。
為簡單起見，可使用ONEMPA < 0自動生成材料參數(shù)；不需要其他參數(shù)。如果FC = 0，則Riedel（2004）中的35 MPa強(qiáng)度混凝土以O(shè)NEMPA值指定的單位生成。對于FC > 0， 則FC以O(shè)NEMPA值指定的單位指定混凝土的實際強(qiáng)度。其他參數(shù)是通過在Riedel（2004）中提出的35 MPa和140 MPa強(qiáng)度的混凝土之間進(jìn)行插值而產(chǎn)生的。任何自動生成的參數(shù)都可能被用戶覆蓋；其中一個參數(shù)可能是混凝土的初始孔隙率ALPHA0。
參考文獻(xiàn)：
[1] Hallquist J O. LS-DYNA KEYWORD USER’S MANUAL, R13. 2021.
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混凝土材料強(qiáng)度換算
今天要跟大家分享的是混凝土材料強(qiáng)度換算的 一個excel表格，這個表格根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》計算模擬得到。具體使用可免費下載文末表格觀看操作步驟研究或觀看本人主頁視頻學(xué)習(xí)。
本表格適用于C15-C80級混凝土
表中紅色區(qū)域為輸入?yún)^(qū)，如果同學(xué)們有試驗，可以通過在修改上表的紅色區(qū)域（即混凝土立方體抗壓強(qiáng)度fcu,k和變異系數(shù)δ），而后回車得到其他轉(zhuǎn)換值！具體如下圖所示：
3.如果同學(xué)們沒有試驗，下表中的變異系數(shù)δ是根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中各個強(qiáng)度等級的混凝土擬合得到（算是取巧的方法），則可以只修改上表的混凝土強(qiáng)度等級fcu,k，而后觀察下表數(shù)值即可?。如下圖所示?：
4.通過對以上數(shù)值的輸入，而后回車，同學(xué)們就可以得到對應(yīng)等級的混凝土材料的強(qiáng)度換算結(jié)果，其中包括?：混凝土軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（fck），混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（ftk），混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值（fc），混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計值（ft），混凝土彈性模量（Ec）。
5.如果同學(xué)們沒有混凝土強(qiáng)度等級fcu,k，只有抗壓強(qiáng)度設(shè)計值等，則可以通過不斷修改混凝土強(qiáng)度等級來靠近已知的抗壓強(qiáng)度設(shè)計值，從而得到對應(yīng)的?強(qiáng)度等級。
最后，食詩吃詞這個賬號兩年半了，感謝大家的信任與支持，食詩吃詞在此叩謝！
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展開 Abaqus混凝土損傷塑性材料插件：EasyCDP ￥168
插件介紹
EasyCDP (GB/T50010 2024)V1.0 - AbyssFish 插件可在Abaqus快速建立混凝土損傷塑性（Concrete Damaged Plasticity，簡稱CDP）材料。插件基于GB/T 50010-2010 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（2024年局部修訂版）進(jìn)行設(shè)計，支持強(qiáng)度等級∈(15MPa,80MPa]的不同強(qiáng)度混凝土模型。
EasyCDP插件可輸出基于規(guī)范計算的混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線及數(shù)據(jù)文件。
應(yīng)力應(yīng)變曲線數(shù)據(jù)文件可在當(dāng)前工作目錄下的“Stress Strain Data.txt”文件查看。
插件在ABAQUS下側(cè)提示欄內(nèi)輸出當(dāng)前參數(shù)計算的彈性模量、抗壓強(qiáng)度代表值、峰值壓應(yīng)變、抗拉強(qiáng)度代表值、峰值拉應(yīng)變等曲線特征值信息。
參數(shù)說明
單位制：本插件采用單位為牛、毫米、兆帕，因此對應(yīng)的基本單位為長度：毫米、時間：秒、質(zhì)量：噸。
Strength：混凝土強(qiáng)度等級。GB/T 50010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（2024）4.1.2節(jié)將混凝土最低強(qiáng)度等級修改為C20，因此插件支持C20~C80級別混凝土，此參數(shù)設(shè)置范圍為（15，80]，可設(shè)置為整數(shù)或小數(shù)。
Mass Density：混凝土質(zhì)量密度。規(guī)范C.2.2節(jié)規(guī)定混凝土質(zhì)量密度2200kg/m3~2400kg/m3，這里可保持插件默認(rèn)數(shù)據(jù)不變動。
Poissons Ratio：混凝土泊松比。規(guī)范4.1.5節(jié)規(guī)定混凝土泊松比可按0.2采用，可保持插件默認(rèn)值不變動。
Plasticity：混凝土塑性參數(shù)。
展開 用于混凝土的可彎曲熱塑性復(fù)合材料增強(qiáng)材料
基于反應(yīng)性液體熱塑性樹脂技術(shù)Elium，開發(fā)了新一代鋼筋和電纜（圖1），它結(jié)合了復(fù)合材料的質(zhì)量和使用熱塑性基質(zhì)提供的新可能性。與大多數(shù)熱塑性樹脂不同，Elium可以通過傳統(tǒng)拉擠成型使用專門的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備輕松加工（圖2）。
基于鉺的鋼筋和電纜可以重新加熱，易于成型或彎曲，從而降低了使用定制形狀供應(yīng)鋼筋的成本。此外，熱塑性基質(zhì)的使用為GFRP回收備件開辟了道路，具有潛在的強(qiáng)烈減少對環(huán)境的影響。
混凝土具有固有的高抗壓強(qiáng)度，但拉伸強(qiáng)度和脆性行為有限。鋼筋的使用提供了必要的拉伸強(qiáng)度而不會抑制裂縫的形成。更有效地使用混凝土是通過在施工時將其壓入高于其使用壽命期間所經(jīng)受的拉伸應(yīng)力的壓縮狀態(tài)。這是預(yù)應(yīng)力混凝土的原理。出于這個原因，Sireg，Arkema及其合作伙伴，邁阿密大學(xué)和國家合作公路研究計劃（NCHRP）正在同時開發(fā)一種用于預(yù)應(yīng)力混凝土的專利熱塑性復(fù)合材料電纜（圖3））。這項工作是在美國聯(lián)邦計劃的支持下共同資助的，由佛羅里達(dá)州交通部監(jiān)督（參見NCHRPIDEA / MILDGLASS：用于彈性輕度預(yù)應(yīng)力混凝土的GFRP鋼絞線。
圖3：玻璃/鉺復(fù)合電纜
通過捻合構(gòu)成電纜的復(fù)合棒是通過拉擠成型用玻璃纖維增強(qiáng)的鉺熱塑性樹脂制成的。通過使用熱塑性樹脂Elium，可以實現(xiàn)將棒熱接合到螺旋電纜中的組件，以及在卷軸上的非常長的長度的包裝。同樣重要的是，在預(yù)制廠的張緊過程中用作錨的卡盤是用于鋼絞線的卡盤; 因此，無縫過渡到一種新穎的材料。
復(fù)合材料在混凝土預(yù)應(yīng)力中的應(yīng)用（圖4）是一項重大創(chuàng)新，自20世紀(jì)30年代EugèneFreyssinet發(fā)明以來，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性發(fā)生了前所未有的變革。
圖4：混凝土預(yù)應(yīng)力橋梁
這項創(chuàng)新被選為2019年建筑與基礎(chǔ)設(shè)施類JEC創(chuàng)新獎的最終入圍者。
展開 復(fù)合材料混凝土模具有限元分析
復(fù)合材料混凝土模具有限元分析
1. 模具尺寸
模具尺寸大小為9000mm*3500mm，截面尺寸如下圖所示。
圖1.1 模具截面尺寸
2. 有限元分析結(jié)果
2.1. 第一種材質(zhì)
彈性模量E1=51492MPa，E2=10000MPa，E3=10000MPa，泊松比υ12=0.22，υ13=0.22，υ23=0.30，剪切模量G12=21103MPa，G13=21103MPa，G23=4000MPa，纖維方向的拉伸極限應(yīng)力為923MPa，纖維方向的壓縮極限應(yīng)力為493MPa，剪切強(qiáng)度為245MPa。
在混凝土側(cè)壓和澆筑混凝土沖擊的作用下，模具的應(yīng)力及位移變化如下圖所示。
圖2.1 模具應(yīng)力云圖
圖2.2 模具位移圖
由以上結(jié)果可知，模具最大應(yīng)力為5.23MPa,最大位移為0.195mm。
2.2. 第二種材質(zhì)
彈性模量E1=28400MPa，E2=5515MPa，E3=5515MPa，泊松比υ12=0.22，υ13=0.22，υ23=0.30，剪切模量G12=11639MPa，G13=11639MPa，G23=2121MPa，纖維方向的拉伸極限應(yīng)力為654.59MPa，纖維方向的壓縮極限應(yīng)力為445.79MPa，剪切強(qiáng)度為106.65MPa。
在混凝土側(cè)壓和澆筑混凝土沖擊的作用下，模具的應(yīng)力及位移變化如下圖所示。
圖2.3 模具應(yīng)力云圖
圖2.4 模具位移圖
由以上結(jié)果可知，模具最大應(yīng)力為5.25MPa,最大位移為0.354mm。
3.
展開 復(fù)合材料混凝土模具有限元分析
復(fù)合材料混凝土模具有限元分析
當(dāng)前國內(nèi)眾多模具均使用鋼材加工而制成，制作成本高且維護(hù)費用大，模具自身自重很大，在生產(chǎn)過程中非常不方便，為此，本文提出一種采用復(fù)合材料制作而成的復(fù)合材料混凝土模具，并通過有限元分析對比了不同工況下模具的力學(xué)性能，最終為模具生產(chǎn)提供優(yōu)化方法及技術(shù)指導(dǎo)。
1. 模具尺寸
模具尺寸大小為9000mm*3500mm，截面尺寸如下圖所示。
圖1.1 模具截面尺寸
2. 有限元分析
此模型為承受的荷載為靜力荷載，采用GENERAL STATIC模塊進(jìn)行分析便可得到理想的效果。
1. 有限元分析結(jié)果
1.1. 第一種材質(zhì)
彈性模量E1=51492MPa，E2=10000MPa，E3=10000MPa，泊松比υ12=0.22，υ13=0.22，υ23=0.30，剪切模量G12=21103MPa，G13=21103MPa，G23=4000MPa，纖維方向的拉伸極限應(yīng)力為923MPa，纖維方向的壓縮極限應(yīng)力為493MPa，剪切強(qiáng)度為245MPa。
在混凝土側(cè)壓和澆筑混凝土沖擊的作用下，模具的應(yīng)力及位移變化如下圖所示。
圖2.1 模具應(yīng)力云圖
圖2.2 模具位移圖
由以上結(jié)果可知，模具最大應(yīng)力為5.23MPa,最大位移為0.195mm。
1.2.
展開 復(fù)合材料混凝土模具有限元分析
復(fù)合材料混凝土模具有限元分析
1. 模具尺寸
模具尺寸大小為9000mm*3500mm，截面尺寸如下圖所示。
圖1.1 模具截面尺寸
2. 有限元分析結(jié)果
2.1. 第一種材質(zhì)
彈性模量E1=51492MPa，E2=10000MPa，E3=10000MPa，泊松比υ12=0.22，υ13=0.22，υ23=0.30，剪切模量G12=21103MPa，G13=21103MPa，G23=4000MPa，纖維方向的拉伸極限應(yīng)力為923MPa，纖維方向的壓縮極限應(yīng)力為493MPa，剪切強(qiáng)度為245MPa。
在混凝土側(cè)壓和澆筑混凝土沖擊的作用下，模具的應(yīng)力及位移變化如下圖所示。
圖2.1 模具應(yīng)力云圖
圖2.2 模具位移圖
由以上結(jié)果可知，模具最大應(yīng)力為5.23MPa,最大位移為0.195mm。
2.2. 第二種材質(zhì)
彈性模量E1=28400MPa，E2=5515MPa，E3=5515MPa，泊松比υ12=0.22，υ13=0.22，υ23=0.30，剪切模量G12=11639MPa，G13=11639MPa，G23=2121MPa，纖維方向的拉伸極限應(yīng)力為654.59MPa，纖維方向的壓縮極限應(yīng)力為445.79MPa，剪切強(qiáng)度為106.65MPa。
在混凝土側(cè)壓和澆筑混凝土沖擊的作用下，模具的應(yīng)力及位移變化如下圖所示。
圖2.3 模具應(yīng)力云圖
圖2.4 模具位移圖
由以上結(jié)果可知，模具最大應(yīng)力為5.25MPa,最大位移為0.354mm。
展開 Abaqus混凝土損傷塑性材料插件：EasyCDP V2版本 ￥168
Plasticity：混凝土塑性參數(shù)。建議通過文獻(xiàn)或試驗標(biāo)定，也可采用插件默認(rèn)值。
Precision：數(shù)據(jù)精度?？刂剖軌?#x2F;受拉行為的小數(shù)點位數(shù)，推薦保留默認(rèn)設(shè)置以確保計算穩(wěn)定性。
應(yīng)用案例
三維多面體骨料混凝土抗壓模擬—— 基于EasyCDP生成20 MPa砂漿基體材料模型，分析骨料分布對力學(xué)性能影響。
三維多面體骨料密堆積混凝土細(xì)觀抗壓模擬
https://www.yqgqt.org.cn/post/1978427
功能梯度多孔材料軸壓模擬—— 通過EasyCDP定義C20混凝土，研究梯度參數(shù)對失效機(jī)制的影響。
三維功能梯度多孔結(jié)構(gòu)材料FGM軸壓模擬
https://www.yqgqt.org.cn/post/1978427
細(xì)觀混凝土三相模型軸壓破壞—— 利用EasyCDP為砂漿/ITZ分配CDP材料，驗證界面過渡區(qū)作用。
隨機(jī)多邊形骨料及ITZ細(xì)觀混凝土CDP模型
https://www.yqgqt.org.cn/post/1969097
泡沫混凝土多孔結(jié)構(gòu)軸壓分析—— EasyCDP生成C30材料，模擬多孔結(jié)構(gòu)壓縮破壞行為。
展開 
混凝土塑性損傷模型（CDP）材料失效與刪除
混凝土塑性損傷（CDP）模型因其拉壓異性特征，非常適合模擬混凝土、巖石、陶瓷等材料，以往版本無法實現(xiàn)單元損傷積累到一定量后刪除，限制其在鉆削、垮塌等材料失效模型中的應(yīng)用；
ABAQUS也在不斷完善各部分功能，于2019FD01版本增加了混凝土塑性損傷失效材料的單元刪除功能，即：CONCRETE FAILURE關(guān)鍵字，現(xiàn)在我們可以定義拉伸開裂應(yīng)變或位移、壓縮非彈性應(yīng)變或損傷閥值作為材料失效的標(biāo)準(zhǔn)。同時可以定義閥值為溫度和場變量的函數(shù)。當(dāng)滿足任意一項失效標(biāo)準(zhǔn)時，該單元將失效并從模型中刪除。需指定輸出場變量：STATUSMP和STATUS。
這一功能目前僅支持Abaqus/Explicit分析類型，四種失效準(zhǔn)則使用的評價參數(shù)分別為：
拉伸應(yīng)變（或位移）；
壓縮非彈性應(yīng)變；
拉伸損傷值；
壓縮損傷值。
展開 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計: 第一章(概念及材料性能)
《公路橋規(guī)》規(guī)定公路橋梁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用的熱軋鋼筋牌號為HPB300、HRB400、HBRF400、RRB400和HRB500。當(dāng)鋼筋混凝土構(gòu)件處于受侵蝕物質(zhì)等影響的環(huán)境中時，《公路橋規(guī)》建議可以采用環(huán)氧樹脂涂層鋼筋。
相關(guān)參考:
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念及材料的物理力學(xué)性能(1)
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念及材料的物理力學(xué)性能(2)
混凝土的抗拉強(qiáng)度(Tensile Strength of Concrete)
混凝土細(xì)觀模擬中如何實現(xiàn)材料的速率效應(yīng)？
利用CEB規(guī)范中的公式計算出混凝土DIF值，將其作為參數(shù)計算出混凝土在不同應(yīng)變率下的材料特性，以此考慮材料率相關(guān)效應(yīng)。請問如何在abaqus中實現(xiàn)呢？
求abaqusC30混凝土動力材料本構(gòu)
收一份C30混凝土在沖擊動力顯示所需的材料本構(gòu)
