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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。

三維隨機(jī)纖維-球體骨料細(xì)觀混凝土模型——四相（砂漿、骨料、ITZ和纖維）組分的復(fù)合混凝土模型組成效果和仿真效果如下。 在前邊的三維隨機(jī)球體模型中，投放骨料的思路十分簡單，只需要使用python代碼隨機(jī)生成一個(gè)球體特征數(shù)據(jù)，再與已存儲(chǔ)的球體數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷（判斷球心距與兩球體半徑之和）即可。

在本案例中混凝土砂漿內(nèi)的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)是通過Voronoi算法生成，采用CAD Voronoi V2.1版本插件，在CAD內(nèi)建立草圖模型并導(dǎo)入COMSOL。 骨料及ITZ部分通過CAD隨機(jī)多邊形顆粒插件，在CAD內(nèi)建立圖形后，將骨料及ITZ圖層分別存儲(chǔ)為dxf文件后導(dǎo)入COMSOL。

模型中骨料按粒徑劃分為三個(gè)組別，并通過堆積算法實(shí)現(xiàn)高填充率的隨機(jī)密堆積排布，同時(shí)在每顆骨料外圍自動(dòng)生成可設(shè)置厚度的ITZ層。插件分別對(duì)不同粒徑范圍的骨料、對(duì)應(yīng)的ITZ以及水泥砂漿基體分圖層繪制，便于后續(xù)材料賦值與處理分析。 利用AutoCAD軟件將骨料、ITZ及水泥砂漿三類幾何部件分別導(dǎo)出為IGES格式文件。

主界面</strong></p><p>主界面用于設(shè)置隨機(jī)骨料模型的主要參數(shù)，具體如下：</p><p>Model：指定創(chuàng)建的新部件位于ABAQUS中哪個(gè)模型。</p><p>Part：指定所要?jiǎng)?chuàng)建的新部件名稱。</p><p>Container：隨機(jī)骨料模型的外形，簡稱容器，分為長方體（Cuboid）和圓柱體（Cylinder）兩種。

基于CAD骨料隨機(jī)投放插件，生成隨機(jī)多面體骨料，可以定義四種骨料粒徑范圍，定義四種骨料界面過渡區(qū)厚度，將每種骨料及其界面過渡區(qū)單獨(dú)封裝進(jìn)不同圖層，對(duì)于后續(xù)材料的定義提供便利，具有CAD接口的有限元軟件均可使用，所有骨料均執(zhí)行干涉檢查，基體均已扣除骨料占據(jù)部分體積，插件下方可直接讀取各項(xiàng)體積，是一款非常實(shí)用的小插件

本案例介紹在COMSOL內(nèi)建立包含骨料、砂漿、ITZ在內(nèi)的多組分混凝土細(xì)觀有限元二維模型。 混凝土細(xì)觀模型中的粗骨料及界面過渡區(qū)ITZ幾何圖形通過CAD隨機(jī)多邊形插件2D專業(yè)版建模生成。

8、方法生成不干涉隨機(jī)幾何-圓球9、三維混凝土隨機(jī)骨料投放算法10、基于Matlab的二維與三維隨機(jī)裂隙生成二維隨機(jī)裂隙生成三維11、基于蒙特卡羅法的二維隨機(jī)裂隙模擬Matlab12、CAD多邊形隨機(jī)骨料繪制程序 V2.2可用于生成多邊形隨機(jī)骨料的dwg文件，圖形可進(jìn)一步導(dǎo)入abaqus、comsol等有限元仿真模擬軟件。

模型采用隨機(jī)投放算法，達(dá)到設(shè)定的時(shí)間后停止投放，并生成模型。此參數(shù)若設(shè)置過小可能會(huì)達(dá)不到設(shè)定的比例，應(yīng)根據(jù)骨料及孔隙比例適當(dāng)調(diào)整。 模擬案例 ABAQUS混凝土細(xì)觀模型受壓破壞結(jié)果展示。 適用版本 插件可運(yùn)行在Windows10、11系統(tǒng)上，支持Abaqus 6.14~2023版本。

插件下載 CAD隨機(jī)多面體3D插件 模型樣圖 隨機(jī)多面體骨料_AbyssFish.rar

方法二：將顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料中的增強(qiáng)材料（骨料）假設(shè)為圓形、橢圓形或正多面體顆粒；該模型可考慮骨料的含量、隨機(jī)分布和級(jí)配，但是由于骨料的形狀為固定形狀（與實(shí)際相差太遠(yuǎn)），無法體現(xiàn)不同骨料之間的形狀特點(diǎn)的隨機(jī)性。 方法三：將顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料中的骨料結(jié)構(gòu)考慮為隨機(jī)多面體，該模型可較好的考慮骨料的含量、隨機(jī)分布、級(jí)配和骨料形狀的隨機(jī)性。

隨機(jī)多面體骨料3D模型的建立可采用CAD隨機(jī)多面體3D插件在AutoCAD內(nèi)參數(shù)化建模后導(dǎo)入Workbench，插件可指定多面體骨料的三組粒徑范圍，以實(shí)現(xiàn)不同級(jí)配的混凝土細(xì)觀模型；可設(shè)置每組粒徑的骨料數(shù)量，以實(shí)現(xiàn)不同的骨料比例；可設(shè)置多面體的面數(shù)，以匹配不同的骨料外形。

可見隨著多邊形階數(shù)增加，根據(jù)小編提供的建模方法建模得到的隨機(jī)多邊形骨料模型趨于圓。6. 二維隨機(jī)多邊形骨料模型 成功開發(fā)單個(gè)骨料模型后，我們可以根據(jù)骨料級(jí)配生成一系列的單個(gè)隨機(jī)多邊形骨料模型，并存儲(chǔ)于骨料模型庫。通過隨機(jī)選取骨料模型庫中的骨料模型，將其隨機(jī)分布于基體內(nèi)，即可得到含隨機(jī)多邊形骨料的二維復(fù)合材料模型。

再生混凝土力學(xué)性能受再生骨料比例、強(qiáng)度等多方面影響，通過有限元方法對(duì)再生骨料混凝土模擬對(duì)評(píng)估混凝土抗壓強(qiáng)度有重要意義。本案例通過CAD隨機(jī)多面體3D插件建立隨機(jī)分布的混凝土再生粗骨料模型，并將模型導(dǎo)入ABAQUS內(nèi)，通過對(duì)再生骨料及普通骨料的設(shè)置，進(jìn)行再生混凝土的軸壓力學(xué)研究。

在AutoCAD軟件內(nèi)，采用CAD隨機(jī)多面體&過渡區(qū)3D V1.0插件建立隨機(jī)投放的多面體骨料、界面過渡區(qū)(ITZ)部件及水泥砂漿基體三維模型。插件在建模時(shí)已將不同組分分圖層繪制，方便批量導(dǎo)出及后續(xù)的材料指定。這里將砂漿、ITZ、不同粒徑的骨料分別導(dǎo)出為iges格式文件。

在ANSYS Workbench內(nèi)建立隨機(jī)圓形骨料混凝土細(xì)觀模型可采用CAD隨機(jī)圓形骨料插件V2.0實(shí)現(xiàn)，在插件內(nèi)設(shè)置模型參數(shù)，運(yùn)行即可自動(dòng)在Auto CAD內(nèi)完成模型草圖繪制。插件可支持設(shè)置骨料粒徑滿足截?cái)嗾龖B(tài)分布等分布模式，可控制骨料比例、間距，以滿足不同的級(jí)配要求，以及設(shè)定界面過渡區(qū)有無及厚度。

本案例介紹在COMSOL內(nèi)通過球體粗骨料顆粒的堆積算法，建立包含骨料、ITZ、水泥砂漿在內(nèi)的三相材料混凝土細(xì)觀三維模型，并進(jìn)行混凝土內(nèi)水化熱溫度變化的分析。

混凝土在細(xì)觀層面上由水泥砂漿、粗骨料和界面過渡區(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)。

本插件單機(jī)授權(quán)許可，可生成立方體及球體骨料，支持圓柱體及長方體試件，骨料外側(cè)有兩層，可分別指定屬性，模型可查看CAD樣圖。模型支持導(dǎo)入Abaqus、ANSYS、COMSOL等有限元軟件，可進(jìn)行有限元模擬仿真。 CAD工程骨料隨機(jī)立方體球體樣圖.rar