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在前面的視頻中已經(jīng)有了三維隨機(jī)球體骨料的細(xì)觀模型建立方法和靜力抗壓仿真分析的方法（課程封面如圖）。 簡單三維球體細(xì)觀模型的課程已更新一年半有余，后臺私信和留言中有不少同學(xué)咨詢“怎么添加纖維/有沒有纖維混凝土的模型”，由于之前一直在忙著干其他的事情，最近心血來潮，那么今天就寫了這個帖子，分享自己關(guān)于在三維細(xì)觀混凝土模型中添加纖維的一些思路和腳本建立方法。

計算機(jī)斷層掃描（CT）可以無損獲取混凝土試件內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像，并以一系列橫截面的形式顯示混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。本文介紹一種基于混凝土CT斷層掃描圖像在Abaqus有限元軟件內(nèi)進(jìn)行三維混凝土細(xì)觀模型的建模方法，實(shí)現(xiàn)混凝土粗骨料及砂漿的三維重構(gòu)并對其采用塑性損傷模型（CDP）進(jìn)行有限元模擬。

或是通過AutoCAD軟件對骨料進(jìn)行處理后導(dǎo)出卵石狀骨料模型，并導(dǎo)入到ABAQUS內(nèi)。 如需進(jìn)行三維混凝土細(xì)觀受壓損傷開裂方面的仿真模擬也可參考ABAQUS三維混凝土細(xì)觀受壓損傷斷裂數(shù)值模擬視頻教程。

為解決當(dāng)前混凝土細(xì)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(gòu)建三維多面體粗骨料細(xì)觀混凝土模型，并在此基礎(chǔ)上采用ABAQUS進(jìn)行受壓試驗(yàn)的數(shù)值模擬。該方法能夠更準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)實(shí)際工程中混凝土試件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，對于細(xì)觀尺度下混凝土材料參數(shù)的標(biāo)定及損傷機(jī)理研究具有重要的參考價值和指導(dǎo)意義。

在ABAQUS內(nèi)采用CT2Model3D Multi-Material插件，選擇添加邊界后的文件夾內(nèi)的任意一張圖像，即可基于背景網(wǎng)格方式完成包含骨料、砂漿、ITZ在內(nèi)的三維混凝土細(xì)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(jìn)行受壓模擬。

上篇文章介紹了ABAQUS通過CT或切片數(shù)據(jù)重建混凝土多組分三維細(xì)觀模型。本案例介紹采用CDP材料對三維重建的混凝土細(xì)觀模型進(jìn)行損傷斷裂數(shù)值模擬有限元分析。

本案例基于ABAQUS AbyssFish CT2Model 3D V2.0插件，利用混凝土立方體試件的切片掃描圖像實(shí)現(xiàn)高精度有限元模型三維重建，精準(zhǔn)劃分骨料及水泥砂漿區(qū)域，構(gòu)建三維再生骨料混凝土細(xì)觀模型。施加單軸壓縮荷載，動態(tài)追蹤再生混凝土的損傷演化過程，揭示裂紋的萌生及擴(kuò)展機(jī)制。

模型實(shí)例以下是Abaqus內(nèi)纖維混凝土的模型，纖維是采用三維圓柱體模擬的，混凝土內(nèi)的骨料采用的是實(shí)體的球體。纖維及骨料均可設(shè)置不同的尺寸，并且各類型的數(shù)目不受限制，即可設(shè)置多種纖維及球體骨料大小。研究進(jìn)展在Abaqus內(nèi)建立混凝土細(xì)觀模型，如鋼纖維混凝土、不干涉球體骨料、多面體骨料模型等，是進(jìn)行混凝土性能研究的主流方法之一。

由于骨料形態(tài)的復(fù)雜性和空間分布的隨機(jī)性，建立一個能反映混凝土實(shí)際骨料級配、含量及其形態(tài)的隨機(jī)骨料模型并進(jìn)行有限元分析，是深入解釋混凝土損傷機(jī)理的關(guān)鍵，也為研究混凝土性能提升提供了高效的方向指導(dǎo)。本文通過使用CAD插件實(shí)現(xiàn)Abaqus的模型構(gòu)建，建立包含球形、凸型多面體（碎石）骨料，并考慮了界面層的三維混凝土細(xì)觀隨機(jī)模型，并對骨料的空間分布進(jìn)行探討。

本案例介紹通過CAD斷層掃描三維重建插件將混凝土切片掃描圖像在AutoCAD內(nèi)進(jìn)行骨料及水泥砂漿基體的三維實(shí)體模型重建，并導(dǎo)入Abaqus CAE軟件內(nèi)分別建立Part部件，實(shí)現(xiàn)模型的裝配及網(wǎng)格劃分，后續(xù)可完成不同工況的混凝土細(xì)觀有限元模擬分析。

在ABAQUS中構(gòu)建含水泥砂漿基體與大量隨機(jī)分布孔隙的三維泡沫混凝土幾何模型，對深入探究其微觀結(jié)構(gòu)與宏觀力學(xué)性能的關(guān)聯(lián)具有重要理論價值。通過孔隙尺寸、形態(tài)及空間分布特征的研究，有效模擬泡沫混凝土在載荷下的強(qiáng)度衰減規(guī)律與破壞演化機(jī)制，克服傳統(tǒng)均質(zhì)模型預(yù)測的局限性。

針對混凝土材料的細(xì)觀力學(xué)分析可建立其宏觀力學(xué)行為與細(xì)觀組分的關(guān)系，進(jìn)而改進(jìn)混凝土宏觀唯象理論的不足，推進(jìn)混凝土細(xì)觀仿真的發(fā)展，解決試驗(yàn)條件限制及資源浪費(fèi)。本案例在ABAQUS軟件內(nèi)，建立隨機(jī)投放的三維球體骨料及圓柱體混凝土試件，基于損傷力學(xué)模型，進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)軸心受壓試驗(yàn)，研究混凝土圓柱試件的裂縫開展。

混凝土細(xì)觀結(jié)構(gòu)對其宏觀力學(xué)性能具有決定性影響。界面過渡區(qū)（ITZ）作為骨料與水泥基體間的薄弱相，顯著影響混凝土的力學(xué)行為與耐久性。在ABAQUS中構(gòu)建含界面過渡區(qū)的多面體骨料密堆積3D模型，能夠真實(shí)反映混凝土細(xì)觀非均質(zhì)特性，精確模擬骨料形態(tài)、分布及界面行為對材料性能的影響機(jī)制。

在混凝土結(jié)構(gòu)中，粗骨料與水泥砂漿之間的界面過渡區(qū)（ITZ）是決定混凝土承受荷載能力的關(guān)鍵因素之一,研究表明，混凝土在承受外力時的破壞主要發(fā)生在界面過渡區(qū)的損傷。本案例介紹通過CAD隨機(jī)多面體&過渡區(qū)3D插件建立隨機(jī)分布的三維多面體骨料及界面過渡區(qū)細(xì)觀混凝土模型，并將模型導(dǎo)入ABAQUS內(nèi)進(jìn)行多相材料的指定。

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。

混凝土的細(xì)觀結(jié)構(gòu)決定著其宏觀破壞行為，對混凝土在結(jié)構(gòu)尺度上采用細(xì)觀模型將導(dǎo)致巨大的計算量而難以實(shí)現(xiàn)，表征體元（?REV）?方法可選取一定的平均范圍來描述混凝土的性質(zhì)和行為，這對于理解和模擬混凝土的損傷機(jī)理至關(guān)重要。

第一部分查看： 基于CAD-Abaqus的混凝土三維細(xì)觀模型建立(一) https://www.yqgqt.org.cn/post/1931155 第二部分查看： 基于CAD-Abaqus的混凝土三維細(xì)觀模型建立(二) https://www.yqgqt.org.cn/post