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在前面的視頻中已經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。

模型參數設置方面，根據《混凝土結構設計標準》GB/T 50010-2010（2024年版）4.1.1條，立方體抗壓強度試驗試件尺寸邊長設置150 mm；根據《建設用卵石、碎石》GB/T14685-2011，粗骨料尺寸大于4.75 mm，本模型中設置骨料最小粒徑4.8 mm，最大粒徑25 mm；骨料分三組設置，每組設置的粒徑區間及數量應根據混凝土配合比及顆粒級配綜合確定，相關內容可參照《普通混凝土配合比設計規程

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。

在AutoCAD中建立混凝土細觀模型草圖后，將已分圖層繪制的各組分內容分別另存為dxf格式文件，以備導入到COMSOL內。 將保存的混凝土各組分圖形分別導入到COMSOL，并通過布爾運算建立多邊形骨料、ITZ、水泥砂漿基體混凝土細觀模型。

混凝土是一種由水泥漿體、粗細骨料組成的復合材料，其中水泥漿與骨料之間的界面過渡區被認為是影響混凝土整體性能的關鍵。建立砂漿、骨料、界面過渡區（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力導致的內應力損傷至關重要。

由于骨料形態的復雜性和空間分布的隨機性，建立一個能反映混凝土實際骨料級配、含量及其形態的隨機骨料模型并進行有限元分析，是深入解釋混凝土損傷機理的關鍵，也為研究混凝土性能提升提供了高效的方向指導。本文通過使用CAD插件實現Abaqus的模型構建，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觀隨機模型，并對骨料的空間分布進行探討。

混凝土細觀結構對其宏觀力學性能具有決定性影響。界面過渡區（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行為與耐久性。在ABAQUS中構建含界面過渡區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特性，精確模擬骨料形態、分布及界面行為對材料性能的影響機制。

為控制細觀混凝土模型在ABAQUS三維重建后的總單元數量，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。

計算機斷層掃描（CT）可以無損獲取混凝土試件內部結構圖像，并以一系列橫截面的形式顯示混凝土的內部結構。本文介紹一種基于混凝土CT斷層掃描圖像在Abaqus有限元軟件內進行三維混凝土細觀模型的建模方法，實現混凝土粗骨料及砂漿的三維重構并對其采用塑性損傷模型（CDP）進行有限元模擬。

本案例介紹混凝土細觀模型的幾何重構法，圖像映射法將在下篇文章中進行詳細說明。 首先對混凝土細觀的掃描圖像進行預處理，明確區分骨料（黑色）與水泥砂漿材料（白色），然后通過批量圖像邊界軟件提取界面過渡區（紅色）。

對混凝土細觀模型中的各組分設置不同的材料屬性，在混凝土細觀研究中可選用EasyCDP_Mortar&ITZ插件生成混凝土損傷塑性模型材料。 采用四面體單元進行混凝土骨料的網格劃分。 建立不同骨料部件的裝配。

輕骨料混凝土細觀損傷演化分析1研究現狀混凝土材料的準脆性斷裂破壞是裂紋萌生、穩定擴展和失穩擴展的過程。為描述和分析混凝土的斷裂行為，1961年，Kaplan［1］開始將線彈性斷裂力學方法引入到了混凝土結構的分析中。

混凝土細觀結構對其宏觀力學性能具有決定性影響。界面過渡區（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行為與耐久性。基于ANSYS軟件構建含界面過渡區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特性，精確模擬骨料形態、分布及界面行為對材料性能的影響機制。

在ANSYS Workbench內建立多邊形骨料、界面過渡區、及水泥漿體在內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入ANSYS內。在插件內設置模型參數后運行插件在AutoCAD內完成混凝土細觀模型的建立。

在ANSYS Workbench內建立混凝土細觀模型進行有限元分析是混凝土細觀研究的有效手段，混凝土細觀模型可簡化為隨機投放的圓形骨料、界面過渡區（ITZ）部件以及水泥漿體等部分組成，對不同的部分賦值相應的材料屬性，以更好的模擬混凝土相關性能。

上篇文章介紹了基于圖像進行混凝土細觀模型的幾何重構法，詳細步驟可查看下面的連接。

針對混凝土材料的細觀力學分析可建立其宏觀力學行為與細觀組分的關系，進而改進混凝土宏觀唯象理論的不足，推進混凝土細觀仿真的發展，解決試驗條件限制及資源浪費。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。

鋼纖維混凝土（SFRC）彌補了素混凝土抗裂性的不足，為建立鋼纖維混凝土的力學本構模型，本案例通過CAD隨機纖維3D插件建立隨機分布的纖維線模型，并將模型導入ABAQUS內，通過梁單元纖維模型，研究細觀纖維混凝土梁在三點彎曲下的破壞特征及荷載位移曲線。