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三維隨機纖維-球體骨料細觀混凝土模型——四相（砂漿、骨料、ITZ和纖維）組分的復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代碼隨機生成一個球體特征數據，再與已存儲的球體數據進行判斷（判斷球心距與兩球體半徑之和）即可。

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

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。

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

在AutoCAD內將隨機骨料模型導出為IGES格式后，即可導入到ANSYS Workbench內。導入的模型包含圖層信息，可在SpaceClaim內批量對不同部件進行賦值材料等修改操作。 打開模型，即可在ANSYS Workbench內對三維多面體骨料混凝土細觀模型進行后續的模擬操作。

在混凝土結構中，粗骨料與水泥砂漿之間的界面過渡區（ITZ）是決定混凝土承受荷載能力的關鍵因素之一,研究表明，混凝土在承受外力時的破壞主要發生在界面過渡區的損傷。本案例介紹通過CAD隨機多面體&過渡區3D插件建立隨機分布的三維多面體骨料及界面過渡區細觀混凝土模型，并將模型導入ABAQUS內進行多相材料的指定。

模型說明 插件采用材料映射單元的方式，將不同相材料賦值到網格單元，實現三維混凝土細觀有限元模型。 插件建立的模型中包含5個Set，從1~5分別對應水泥基體、大粒徑骨料、小粒徑骨料、孔隙、界面過渡區。

第三步對正六面體模型進行隨機切割，切割過程中應保證骨料模型為凸多邊形。 第四步取出所需的隨機多面體骨料模型。4.主要代碼 開發單個三維隨機骨料模型可先在ABAQUS/CAE中進行建模，然后參考rpy文件生成的python腳本，選擇所需的語句進行開發。

1、ANSYS三維纖維骨料混凝土：2、ANSYS球形試件隨機模型：3、ANSYS隨機裂縫巖石節理裂隙建模插件：CAD隨機幾何3D插件

下面是通過該方法建立的Abaqus隨機幾何模型。插件介紹本插件可以生成多種形式的隨機三維幾何，用于Abaqus混凝土模型的建立，也可用于再生骨料混凝土、泡沫混凝土、加氣混凝土等方面。理論上講，只要幾何存在相似性，可進行模型簡化的，均可采用這種方式進行建模。插件的詳細介紹及下載見下方鏈接：CAD隨機幾何3D插件

模型采用CAD隨機多面體3D插件建立并導入ANSYS軟件。在ANSYS內進行網格劃分。ANSYS隨機多面體骨料模型，采取精確的干涉判斷，采用多面體相交判別程序，不同于常見的球體干涉，本程序可達到更好的隨機度，以實現大粒徑與小粒徑的匹配度。

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。

本案例在ABAQUS軟件內，建立隨機投放的三維球體骨料及圓柱體混凝土試件，基于損傷力學模型，進行準靜態軸心受壓試驗，研究混凝土圓柱試件的裂縫開展。在Abaqus CAE軟件內，采用AbyssFish RandomSphere Cylinder 3D V2.0插件建立球體骨料、圓柱體試件三維混凝土細觀模型。

在ANSYS Workbench內建立隨機圓形骨料混凝土細觀模型可采用CAD隨機圓形骨料插件V2.0實現，在插件內設置模型參數，運行即可自動在Auto CAD內完成模型草圖繪制。插件可支持設置骨料粒徑滿足截斷正態分布等分布模式，可控制骨料比例、間距，以滿足不同的級配要求，以及設定界面過渡區有無及厚度。

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。

模型構建1、CAD模型生成首先采用CAD隨機球體顆粒插件在AutoCAD內構建三維球體幾何模型：插件可指定生成隨機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、比例等都能進行控制。將生成的三維球體幾何模型導出為.sat格式文件備用。

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。