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在三維混凝土細觀模型的構建過程中，為了簡化建模及模擬過程多采用二維模型，如采用圓形或多邊形來近似取代混凝土內的粗骨料，部分學者采用的三維模型較多是把骨料簡化為球形來進行建模，而在混凝土中，骨料多為不規則的多面體形式，這就使得模型與實際產生一定的差異。 而在Abaqus建模過程中隨機多面體骨料的生成以及多面體骨料的干涉判別是幾何模型的難點。

在ABAQUS內采用CT2Model3D Multi-Material插件，選擇添加邊界后的文件夾內的任意一張圖像，即可基于背景網格方式完成包含骨料、砂漿、ITZ在內的三維混凝土細觀有限元模型重建。 下篇文章將介紹通過混凝土損傷塑性材料模型對重建后的混凝土試件進行受壓模擬。

混凝土在細觀層面上由水泥砂漿、粗骨料和界面過渡區（ITZ）組成，在Abaqus內基于粗骨料隨機投放建立混凝土細觀模型，是研究混凝土軸壓下的本構關系及損傷演化的有效方法。本案例建立隨機圓形粗骨料及實體界面過渡區，對二維細觀混凝土在單軸壓縮下的力學行為進行有限元模擬，展示混凝土的破壞形態。

</p><p class="ql-align-justify">綜合該段時間研究，對該類模型問題進行了總結，筆者認為不同代碼功能不一，運算效率不一，難點主要在不同軟件之間的交互銜接，而不單單是細觀模型的生成，理解思路可發現，不同編程語言建立的模型都可通過唯一方式進行處理，處理出的模型及網格又可無損導入ls-dyna，abaqus，flac3d，APDL等有限元軟件中。

混凝土的強度很大程度上取決于粗骨料與水泥砂漿之間的界面過渡區（ITZ）。本案例在ABAQUS內建立隨機多邊形骨料模型，并設置界面過渡區部件，采用CDP材料建立骨料、砂漿、ITZ三相混凝土細觀模型，并研究模型的軸壓破壞情況。

三維混凝土細觀模型通過CAD多面體&過渡區密堆積3D插件建立，模型中不同粒徑分組的骨料及ITZ均已分圖層，同一模型中最高支持設置七相不同種類的材料。 通過AutoCAD軟件將骨料、ITZ、水泥砂漿部件分別導出為iges格式文件后，再以部件的形式導入到ABAQUS內建立混凝土細觀有限元三維模型。

在Abaqus內將建立的模型文件以草圖的形式分別導入，這里只展示骨料草圖內容。 通過草圖建立二維部件模型，這里展示的是纖維部件。 其中界面過渡區部件需要將直接導入的過渡區與骨料進行一次切割幾何完成。

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

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。

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。

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。

該插件可實現多種單一形狀（如球形、橢球形和多面體）或混合形狀的骨料模型的生成，插件采用運動模擬的動態算法，能夠高效地生成高骨料體積分數的骨料模型，提高工作效率，在復合材料數值模擬研究領域具有廣闊的應用前景。</p><p>本插件適用的ABAQUS版本：ABAQUS 2024及以后的版本。</p><p><strong>2.

插件生成的模型之間均不會相交，可控制試件、多面體、纖維的尺寸、形狀、數量等參數；可實現鋼纖維混凝土等復合材料三維幾何模型參數化構建，實體模型可導入LS-Dyna、ANSYS、HFSS、Workbench、COMSOL、ABAQUS等有限元軟件直接進行仿真模擬，也可導入Hypermesh、ANSA等CAE前處理工具進行劃分網格，或進行彎鉤纖維、多面體骨料的三維模型繪圖渲染，用于科研繪圖。

ABAQUS三維多面體骨料密堆積建模通過重力堆積算法構建混凝土細觀結構，克服了傳統隨機分布模型與實際骨料沉降行為的偏差，更精準反映骨料在混凝土中的分布特征，可實現高骨料占比下的力學響應模擬，為混凝土損傷機理研究、材料參數標定及多尺度耦合分析提供可靠依據。本案例介紹在ABAQUS內建立三維混凝土多面體骨料重力密堆積模型。

為解決當前混凝土細觀模型中骨料分布不合理及粗骨料占比偏低等問題，本文提出采用重力堆積算法構建三維多面體粗骨料細觀混凝土模型，并在此基礎上采用ABAQUS進行受壓試驗的數值模擬。該方法能夠更準確地復現實際工程中混凝土試件的內部結構特征，對于細觀尺度下混凝土材料參數的標定及損傷機理研究具有重要的參考價值和指導意義。

混凝土細觀模型研究中主流的數字化重建方法主要分為以下兩類：一是幾何重構法，從CT或照片圖像中提取真實骨料輪廓，通過AutoCAD等軟件重建混凝土骨料、ITZ幾何模型，再導入ABAQUS進行網格劃分；二是圖像映射法，將混凝土高分辨率掃描圖像通過預處理將不同材料進行顏色區分后，通過ABAQUS插件直接轉化為有限元網格單元，并依據圖像顏色差異劃分材料相。

插件介紹AbyssFish – Random Polyhedron Aggregate 插件可在Abaqus軟件內批量生成隨機分布的三維多面體骨料模型。插件可指定骨料分布的區域、三種尺寸的粒徑分布范圍、多面體面數、各尺寸骨料的數量等信息，同時可控制骨料間的最小間距及插件的運行時間控制。

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。