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在AutoCAD內(nèi)將骨料、ITZ、砂漿三部分分別導(dǎo)出為iges格式文件后導(dǎo)入到COMSOL內(nèi)形成裝配建立混凝土細(xì)觀模型。 添加固體傳熱物理場(chǎng)并對(duì)混凝土細(xì)觀中的三組分分別設(shè)置材料屬性，完成網(wǎng)格劃分。

本文基于COMSOL Multiphysics有限元軟件，構(gòu)建含ITZ的多面體骨料密堆積三維細(xì)觀模型，有效表征混凝土的非均質(zhì)特性，準(zhǔn)確反映骨料形態(tài)、分布及界面行為對(duì)整體性能的影響機(jī)制，為揭示混凝土損傷演化規(guī)律、優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)及提升結(jié)構(gòu)耐久性提供理論支撐。 本研究采用CAD多面體&過(guò)渡區(qū)密堆積3D插件生成混凝土三維細(xì)觀幾何模型。

在AutoCAD中建立混凝土細(xì)觀模型草圖后，將已分圖層繪制的各組分內(nèi)容分別另存為dxf格式文件，以備導(dǎo)入到COMSOL內(nèi)。 將保存的混凝土各組分圖形分別導(dǎo)入到COMSOL，并通過(guò)布爾運(yùn)算建立多邊形骨料、ITZ、水泥砂漿基體混凝土細(xì)觀模型。

混凝土水化熱溫降研究對(duì)保障結(jié)構(gòu)安全與耐久性至關(guān)重要，溫升后溫差易引發(fā)溫度應(yīng)力，導(dǎo)致裂縫。本案例介紹在COMSOL內(nèi)建立多邊形骨料堆積混凝土細(xì)觀模型，并對(duì)水化熱產(chǎn)生后的傳熱及溫度變化進(jìn)行仿真模擬。

其中論文中的混凝土骨料采用圓內(nèi)接多邊形算法，建立的模型如下圖所示。 并且建立了骨料外側(cè)的界面過(guò)渡區(qū)部件。 毛細(xì)管結(jié)構(gòu)采用Voronoi算法生成，并與骨料、ITZ形成完整的模型，用于模擬微介觀混凝土模型內(nèi)的水分?jǐn)U散。

混凝土模型三維混凝土細(xì)觀模型的建立是進(jìn)行混凝土性能模擬的有效方法，而在comsol建模過(guò)程中隨機(jī)凸多面體骨料的生成是幾何模型的難點(diǎn)。這里提供一種快速高效的三維凸多面體骨料建模的方案，以實(shí)現(xiàn)不同集配的混凝土模型。建模教程首先采用CAD隨機(jī)多面體3D插件在AutoCAD內(nèi)生成所需要的三維混凝土細(xì)觀模型。

ABAQUS彎曲纖維混凝土細(xì)觀。 COMSOL端部彎鉤纖維、鋼纖維、三維骨料混凝土。 參數(shù)說(shuō)明試件參數(shù)：長(zhǎng)度、寬度、高度。骨料參數(shù)：最小粒徑、最大粒徑、骨料面數(shù)、骨料個(gè)數(shù)。纖維參數(shù)：纖維控制參數(shù)如圖所示，d為纖維的直徑。

本案例介紹在COMSOL內(nèi)建立包含多邊形骨料及ITZ的混凝土細(xì)觀模型，并對(duì)其受壓損傷破壞進(jìn)行研究。 隨機(jī)多邊形骨料混凝土細(xì)觀模型采用CAD隨機(jī)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。

混凝土細(xì)觀骨料堆積模型采用CAD多面體密堆積_圓柱體試件3D插件生成，在AutoCAD內(nèi)建立模型后將骨料導(dǎo)出為iges格式文件。 在ABAQUS CAE中將骨料模型導(dǎo)入建立部件，如需對(duì)不同骨料分別設(shè)置材料屬性也可將骨料分為三個(gè)部件分別導(dǎo)入。

本案例介紹在COMSOL內(nèi)基于立方體混凝土試件的切片掃描圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行混凝土骨料及砂漿基體細(xì)觀模型的三維重建。

模型參數(shù)設(shè)置方面，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50010-2010（2024年版）4.1.1條，立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)試件尺寸邊長(zhǎng)設(shè)置150 mm；根據(jù)《建設(shè)用卵石、碎石》GB/T14685-2011，粗骨料尺寸大于4.75 mm，本模型中設(shè)置骨料最小粒徑4.8 mm，最大粒徑25 mm；骨料分三組設(shè)置，每組設(shè)置的粒徑區(qū)間及數(shù)量應(yīng)根據(jù)混凝土配合比及顆粒級(jí)配綜合確定，相關(guān)內(nèi)容可參照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程

混凝土在細(xì)觀層面上由水泥砂漿、粗骨料和界面過(guò)渡區(qū)（ITZ）組成，在Abaqus內(nèi)基于粗骨料隨機(jī)投放建立混凝土細(xì)觀模型，是研究混凝土軸壓下的本構(gòu)關(guān)系及損傷演化的有效方法。本案例建立隨機(jī)圓形粗骨料及實(shí)體界面過(guò)渡區(qū)，對(duì)二維細(xì)觀混凝土在單軸壓縮下的力學(xué)行為進(jìn)行有限元模擬，展示混凝土的破壞形態(tài)。

混凝土細(xì)觀模型 構(gòu)建骨料、砂漿、界面過(guò)渡區(qū)三種組分的混凝土細(xì)觀模型，模型構(gòu)建采用CAD隨機(jī)多邊形顆粒插件進(jìn)行參數(shù)化建模生成，操作詳細(xì)步驟可參考：【COMSOL隨機(jī)多邊形骨料及界面過(guò)渡區(qū)ITZ建模】 插件中粗骨料采用多邊形模型，骨料的位置以隨機(jī)投放的算法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，骨料多邊形形狀及邊數(shù)可通過(guò)參數(shù)進(jìn)行定義；界面過(guò)渡區(qū)（ITZ）采用單獨(dú)的部件，分布于粗骨料與砂漿之間，以此來(lái)獲得表征混凝土細(xì)觀特征的隨機(jī)骨料模型

《基于三維隨機(jī)細(xì)觀模型的珊瑚混凝土力學(xué)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(wǎng)格映射法）”建立了六面體非均質(zhì)混凝土有限元模型。

本案例通過(guò)COMSOL建立二維混凝土細(xì)觀微裂紋模型，模型可進(jìn)行吸水及離子擴(kuò)散等方面的研究。幾何模型包括水泥砂漿、粗骨料、砂漿骨料界面過(guò)渡區(qū)（ITZ）及隨機(jī)分布于水泥砂漿內(nèi)的微裂紋毛細(xì)管網(wǎng)四部分，旨在探究通過(guò)多插件聯(lián)合創(chuàng)建復(fù)雜模型的可行性。

混凝土早強(qiáng)劑的主要組分有：氯化鈉、氯化鈣、硫酸鈉、硫酸鈣、硫酸鋁、重鉻酸鉀、三乙醇胺、三異丙醇胺、甲醇、乙醇、甲酸鈣、草酸鋰、乙酸鈉等。②混凝土防凍劑與組分能使混凝土在負(fù)溫下硬化，并在規(guī)定養(yǎng)護(hù)條件下達(dá)到預(yù)期性能的外加劑稱為防凍劑。防凍劑絕大多數(shù)是復(fù)合外加劑，應(yīng)控制早強(qiáng)組分和防凍組分無(wú)機(jī)鹽類的摻入量，否則使用不當(dāng)會(huì)引起混凝土后期強(qiáng)度倒縮、鋼筋銹蝕及堿—骨料反應(yīng)發(fā)生。

在三維混凝土細(xì)觀的有限元模擬中，混凝土細(xì)觀幾何模型的建立是仿真前提，也是其難點(diǎn)。在ANSYS內(nèi)高效的建立三維幾何模型以匹配混凝土中多面體骨料的外形、分布、級(jí)配等參數(shù)，是三維混凝土細(xì)觀有限元仿真模擬的關(guān)鍵。

摘要 混凝土作為一種三相復(fù)合材料，從細(xì)觀層面來(lái)說(shuō)是由粗骨料、砂漿和過(guò)渡區(qū)（界面層）組成。這三種材料具有不同的力學(xué)特性，在混凝土的性能中起著重要作用。過(guò)去，主要基于宏觀層次的混凝土力學(xué)研究已經(jīng)不能很好地解釋混凝土材料的損傷和破壞機(jī)理。

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

（3）水泥用量也是混凝土收縮率的重要因素，摻加減水劑的混凝土在保持混凝土強(qiáng)度的條件下可減少15％的水泥用量，其體積用增加骨料用量來(lái)補(bǔ)充。 （4）減水劑可以改善水泥漿的稠度，減少混凝土泌水，減少收縮變形。 （5）提高水泥漿與骨料的粘結(jié)力，提高的混凝土抗裂性能。 （6）混凝土在收縮時(shí)受到約束產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)裂縫就會(huì)產(chǎn)生。