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上篇文章介紹了ABAQUS通過(guò)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(duì)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(dòng)態(tài)追蹤再生混凝土的損傷演化過(guò)程，揭示裂紋的萌生及擴(kuò)展機(jī)制。

緒論斷裂是混凝土材料破壞的主要模式。可靠、高效的混凝土斷裂模型在橋梁、隧道、大壩等土木工程結(jié)構(gòu)的安全評(píng)估中發(fā)揮著重要作用。對(duì)混凝土斷裂的研究,尤其對(duì)其裂紋萌生和擴(kuò)展的研究,引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者越來(lái)越多的關(guān)注。混凝土斷裂的數(shù)值模擬與斷裂理論、物理試驗(yàn)相互印證與補(bǔ)充,并隨著科技發(fā)展不斷地提高著混凝土斷裂問(wèn)題模擬的準(zhǔn)確性。

相場(chǎng)斷裂理論 現(xiàn)階段在有限元框架下模擬裂紋擴(kuò)展的數(shù)值分析方法主要有單元?jiǎng)h除法、界面單元法、擴(kuò)展有限元 (XFEM)等；相場(chǎng)理論是通過(guò)在尖銳裂縫擴(kuò)展的邊界引入0~1的相場(chǎng)來(lái)反映材料的損傷或斷裂程度，通過(guò)相場(chǎng)的控制方程來(lái)實(shí)現(xiàn)變量的演化。

計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）可以無(wú)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(duì)其采用塑性損傷模型（CDP）進(jìn)行有限元模擬。

由于混凝土存在應(yīng)變軟化現(xiàn)象，混凝土出現(xiàn)裂縫后，骨料與砂漿間仍存在著齒合的粘結(jié)效應(yīng)，且混凝土的微觀裂縫和亞臨界裂縫尺寸相較于一般的金屬材料大幾個(gè)量級(jí)，故彈塑性斷裂力學(xué)的COD和J積分理論亦不適用于描述混凝土在細(xì)觀尺度上的斷裂損傷［2］。近年來(lái)在細(xì)觀尺度上通過(guò)數(shù)值模擬來(lái)分析和研究混凝土的宏觀斷裂逐漸成為熱點(diǎn)。

《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。

混凝土的細(xì)觀結(jié)構(gòu)決定著其宏觀破壞行為，對(duì)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(jì)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(lái)描述混凝土的性質(zhì)和行為，這對(duì)于理解和模擬混凝土的損傷機(jī)理至關(guān)重要。

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(wèn)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(duì)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(jià)值和指導(dǎo)意義。

<p>Abaqus子程序編程在車輪荷載下對(duì)混凝土板的損傷分析方法，包括以下步驟：獲取數(shù)值模擬所涉及的鋼筋混凝土本構(gòu)模型參數(shù)和車輛參數(shù)；建立符合要求的有限元模型進(jìn)行數(shù)值模擬；利用Fortran編程模擬車輛輪胎與混凝土接觸面的壓力荷載和運(yùn)行速度；通過(guò)Abaqus在特定程序模擬不同車輛荷載和速度情況下混凝土損傷和破壞情況，選用Abaqus中CDP模型分析在動(dòng)態(tài)加載條件下混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)和混泥土材料由損傷引起的剛度退化和導(dǎo)致的拉壓屈服強(qiáng)度改變準(zhǔn)則作為混凝土損傷判別準(zhǔn)則

混凝土是一種由水泥漿體、粗細(xì)骨料組成的復(fù)合材料，其中水泥漿與骨料之間的界面過(guò)渡區(qū)被認(rèn)為是影響混凝土整體性能的關(guān)鍵。建立砂漿、骨料、界面過(guò)渡區(qū)（ITZ, Interface Transition Zone）的混凝土細(xì)觀模型對(duì)于深入理解混凝土材料的性能及其損傷破壞機(jī)理至關(guān)重要。

《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。

進(jìn)行泡沫混凝土細(xì)觀模型的網(wǎng)格劃分，本案例中采用二次四面體單元（C3D10M），全局種子尺寸2 mm，總單元數(shù)量為677萬(wàn)個(gè)。 建立作業(yè)后可采用CDED插件設(shè)置對(duì)混凝土受損傷的失效單元進(jìn)行刪除，提交作業(yè)并完成模擬。

（先構(gòu)建草圖再建立模型可以節(jié)約裝配時(shí)間）圖1混凝土尺寸參數(shù)來(lái)源：胡少偉,魯文妍.基于XFEM的混凝土三點(diǎn)彎曲梁開(kāi)裂數(shù)值模擬研究[J].華北水利水電大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014,35(04):48-51.圖1 模型尺寸圖（2） 材料屬性定義混凝土：采用混凝土MAXPS損傷，具體參數(shù)如圖1所示。

<p>在基于實(shí)際混凝土斷面圖像進(jìn)行混凝土細(xì)觀有限元模型重建研究方面，主要可采用兩種方式實(shí)現(xiàn)：一是根據(jù)圖像數(shù)據(jù)建立實(shí)體模型；另一種是采用材料映射單元的方式將不同組分建立背景網(wǎng)格。</p><p><span style="color: rgb(25, 27, 31);">本文將基于以上兩種方式，通過(guò)混凝土切片圖片建立二維混凝土細(xì)觀有限元模型，并對(duì)模型進(jìn)行軸壓模擬分析。

如需進(jìn)行三維混凝土細(xì)觀受壓損傷開(kāi)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。

這幾種關(guān)鍵字均將鋼筋約束耦合在混凝土中來(lái)模擬鋼筋和混凝土的相互作用，在約束耦合關(guān)系中鋼筋為從面，混凝土為主面。常用CLIS和CBIS耦合方法。</p><p>3.