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在ANSYS Workbench內(nèi)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(xiàn)，在插件內(nèi)設(shè)置模型參數(shù)，運行即可自動在Auto CAD內(nèi)完成模型草圖繪制。插件可支持設(shè)置骨料粒徑滿足截斷正態(tài)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(shè)定界面過渡區(qū)有無及厚度。

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)。

在ANSYS Workbench內(nèi)建立隨機圓形多孔結(jié)構(gòu)模型可采用CAD隨機圓形骨料插件建模后將模型導(dǎo)入。 在插件內(nèi)設(shè)置好模型參數(shù)后運行，插件會自動完成CAD多孔結(jié)構(gòu)模型的建立，將模型生成面域并導(dǎo)出為IGES格式文件。

大多數(shù)的前處理操作均可以用這種方式進行錄制，只需要了解一些Python基礎(chǔ)知識和接口代碼的風(fēng)格和結(jié)構(gòu)，小白也能輕松上手。為實現(xiàn)隨機顆粒模型的代碼編寫，我們分3步進行： ? 首先通過錄制獲得ABAQUS中建模的相關(guān)代碼。 ? 然后修改相應(yīng)代碼，刪除無用代碼，實現(xiàn)代碼的參數(shù)化。 ? 最后在代碼中添加循環(huán)和干涉判斷，實現(xiàn)多個顆粒的隨機投遞。

三維骨料填充模型2.1 纖維填充模塊 用于在長方體邊界內(nèi)隨機填充纖維，可控制纖維長度在某一范圍內(nèi)變化，同時可控制纖維間的最小間距。圖2.1 三維纖維填充模塊2.2 圓柱骨料填充模塊 用于在長方體邊界內(nèi)隨機填充圓柱骨料，可控制骨料長度在某一范圍內(nèi)變化，同時可控制圓柱骨料間的最小間距。

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多邊形骨料模型趨于圓。6. 二維隨機多邊形骨料模型 成功開發(fā)單個骨料模型后，我們可以根據(jù)骨料級配生成一系列的單個隨機多邊形骨料模型，并存儲于骨料模型庫。通過隨機選取骨料模型庫中的骨料模型，將其隨機分布于基體內(nèi)，即可得到含隨機多邊形骨料的二維復(fù)合材料模型。

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(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(shù)據(jù)，再與已存儲的球體數(shù)據(jù)進行判斷（判斷球心距與兩球體半徑之和）即可。

在三維混凝土細觀模型的構(gòu)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(nèi)的粗骨料，部分學(xué)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(guī)則的多面體形式，這就使得模型與實際產(chǎn)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。

插件介紹 AbyssFish_RandomCircleAggregate2D V4.0 插件可在Abaqus內(nèi)參數(shù)化生成隨機分布的圓形骨料及界面過渡區(qū)部件。插件可用于構(gòu)建二維混凝土細觀模型，可指定模型的尺寸、圓形骨料的分布、界面層厚度等信息。

圖1.4 二維圓形骨料填充模塊(圓形邊界)1.3.3 雙層圓形骨料填充模塊 用于在矩形邊界內(nèi)填充雙層圓形骨料，每一種尺寸骨料可帶一個偏置層（如指定0，則表示不附加偏置層）。圖1.5 二維雙層圓形骨料填充模塊2. 三維骨料填充模型2.1 纖維填充模塊 用于在長方體邊界內(nèi)隨機填充纖維，可控制纖維長度在某一范圍內(nèi)變化，同時可控制纖維間的最小間距。

方法二：將顆粒增強復(fù)合材料中的增強材料（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、隨機分布和級配，但是由于骨料的形狀為固定形狀（與實際相差太遠），無法體現(xiàn)不同骨料之間的形狀特點的隨機性。 方法三：將顆粒增強復(fù)合材料中的骨料結(jié)構(gòu)考慮為隨機多面體，該模型可較好的考慮骨料的含量、隨機分布、級配和骨料形狀的隨機性。

五、案例分析與應(yīng)用以一個簡單的平面案例為例，假設(shè)我們需要在一個100x100的區(qū)域內(nèi)隨機生成圓形加強骨料，填充率為0.2。首先，我們可以使用APDL編寫一個循環(huán)來不斷生成隨機的圓心坐標(biāo)和半徑，直到達到設(shè)定的填充率為止。在每次生成圓形時，都需要檢查是否與已生成的圓形發(fā)生干涉。如果有干涉，則需要重新生成新的圓形。最后，將生成的模型導(dǎo)出為所需的格式進行后續(xù)的模擬和分析。

在<a href="/major/<a href="/major/abaqus">ABAQUS中生成的模型展示可以根據(jù)自己的需要調(diào)整粒徑大小和數(shù)量。

插件介紹 CAD隨機多邊形插件2D專業(yè)版可在AutoCAD內(nèi)建立隨機分布的帶有界面層的多邊形二維模型。 模型說明 插件支持建立長方形及圓形兩種試件類型，可設(shè)置長方形的長度、寬度或圓形的直徑參數(shù)。

在科研和工程實際問題中，經(jīng)常會涉及到隨機幾何元素，例如：混凝土骨料、隨機纖維復(fù)合材料、多孔介質(zhì)材料的傳熱和滲流問題、生物材料的細觀特征等等。這些材料中包含大量隨機尺寸、隨機位置分布的幾何特征，在有限元建模中可以使用自編二次開發(fā)程序的方法來實現(xiàn)復(fù)雜的幾何模型構(gòu)造。 Abaqus支持使用Python語言進行二次開發(fā)建模，用戶可以利用Python代碼達成特殊的建模要求。

8、方法生成不干涉隨機幾何-圓球9、三維混凝土隨機骨料投放算法10、基于Matlab的二維與三維隨機裂隙生成二維隨機裂隙生成三維11、基于蒙特卡羅法的二維隨機裂隙模擬Matlab12、CAD多邊形隨機骨料繪制程序 V2.2可用于生成多邊形隨機骨料的dwg文件，圖形可進一步導(dǎo)入abaqus、comsol等有限元仿真模擬軟件。

源碼類混凝土隨機骨料模型（Python源碼） https://www.yqgqt.org.cn/post/1193620三維隨機骨料模型（MATLAB源碼） https://www.yqgqt.org.cn/post/1193922 ABAQUS插件ABAQUS混凝土隨機圓形骨料生成插件 https://www.yqgqt.org.cn

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。

手動建模 通過仿真研究微球增強的情況，首先就是建立高質(zhì)量的仿真模型，對于此類問題，其關(guān)鍵是微球尺寸和位置的隨機性分布，因此采用Python語言進行了模型的建立。 創(chuàng)建一個二維的隨機圓形顆粒模型，假設(shè)圓形顆粒的大小分為三種，半徑分別為1mm，3mm，5mm。模型的大小為100×50mm。