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在前面的視頻中已經(jīng)有了三維隨機球體骨料的細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)于在三維細觀混凝土模型中添加纖維的一些思路和腳本建立方法。

ABAQUS三維多面體骨料密堆積建模通過重力堆積算法構(gòu)建混凝土細觀結(jié)構(gòu)，克服了傳統(tǒng)隨機分布模型與實際骨料沉降行為的偏差，更精準(zhǔn)反映骨料在混凝土中的分布特征，可實現(xiàn)高骨料占比下的力學(xué)響應(yīng)模擬，為混凝土損傷機理研究、材料參數(shù)標(biāo)定及多尺度耦合分析提供可靠依據(jù)。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立三維混凝土多面體骨料重力密堆積模型。

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

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量級，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觀尺度上的斷裂損傷［2］。近年來在細觀尺度上通過數(shù)值模擬來分析和研究混凝土的宏觀斷裂逐漸成為熱點。

混凝土的細觀結(jié)構(gòu)決定著其宏觀破壞行為，對混凝土在結(jié)構(gòu)尺度上采用細觀模型將導(dǎo)致巨大的計算量而難以實現(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理至關(guān)重要。

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

混凝土是一種由水泥漿體、粗細骨料組成的復(fù)合材料，其中水泥漿與骨料之間的界面過渡區(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、界面過渡區(qū)（ITZ, Interface Transition Zone）的混凝土細觀模型對于深入理解水化熱溫度變化對混凝土材料的影響及其溫度應(yīng)力導(dǎo)致的內(nèi)應(yīng)力損傷至關(guān)重要。

計算機斷層掃描（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)進行三維混凝土細觀模型的建模方法，實現(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）進行有限元模擬。

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

ABAQUS二維隨機多邊形骨料及界面過渡區(qū)（ITZ）的混凝土細觀建模研究，可有效揭示混凝土內(nèi)部多相復(fù)合結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)機理。該模型能夠真實反映骨料隨機分布特征及ITZ對裂縫萌生與擴展的影響，為準(zhǔn)確模擬混凝土損傷演化過程、預(yù)測宏觀力學(xué)性能提供理論基礎(chǔ)，對提升混凝土結(jié)構(gòu)耐久性與安全性具有重要意義。

混凝土在細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)基于粗骨料隨機投放建立混凝土細觀模型，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。本案例建立隨機圓形粗骨料及實體界面過渡區(qū)，對二維細觀混凝土在單軸壓縮下的力學(xué)行為進行有限元模擬，展示混凝土的破壞形態(tài)。

為控制細觀混凝土模型在ABAQUS三維重建后的總單元數(shù)量，通過BatchImageResizer批量圖像縮放軟件對混凝土切片掃描圖像降低分辨率。

在基于ABAQUS開展混凝土細觀力學(xué)模擬時，數(shù)字化重建技術(shù)是構(gòu)建能夠真實反映混凝土內(nèi)部多相結(jié)構(gòu)（如骨料、砂漿、界面過渡區(qū)ITZ及孔隙等）的關(guān)鍵前置步驟。

混凝土細觀結(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，能夠真實反映混凝土細觀非均質(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制。

在ANSYS Workbench內(nèi)建立多邊形骨料、界面過渡區(qū)、及水泥漿體在內(nèi)的三相材料混凝土細觀模型，可研究混凝土的微觀損傷引起宏觀破壞的機理。 混凝土細觀模型采用CAD隨機多邊形插件建模后導(dǎo)入ANSYS內(nèi)。在插件內(nèi)設(shè)置模型參數(shù)后運行插件在AutoCAD內(nèi)完成混凝土細觀模型的建立。

混凝土細觀結(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。基于ANSYS軟件構(gòu)建含界面過渡區(qū)的多面體骨料密堆積3D模型，可有效表征混凝土細觀非均質(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制。

泡沫混凝土細觀模型通過CAD隨機球體插件專業(yè)版V1.3建模生成，泡沫混凝土試件設(shè)置為邊長為150 mm的立方體試件，為保證有限元模擬中的網(wǎng)格能有效劃分，泡沫孔隙的最小間距設(shè)置為1 mm，泡沫孔隙的直徑設(shè)置為5 mm，模型共建立了10000余個不相交的孔隙。