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三維隨機(jī)纖維-球體骨料細(xì)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(jī)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(jī)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(jìn)行判斷（判斷球心距與兩球體半徑之和）即可。

混凝土在細(xì)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(jī)投放建立混凝土細(xì)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(jī)圓形粗骨料及實(shí)體界面過渡區(qū)，對二維細(xì)觀混凝土在單軸壓縮下的力學(xué)行為進(jìn)行有限元模擬，展示混凝土的破壞形態(tài)。

再生混凝土力學(xué)性能受再生骨料比例、強(qiáng)度等多方面影響，通過有限元方法對再生骨料混凝土模擬對評估混凝土抗壓強(qiáng)度有重要意義。本案例通過CAD隨機(jī)多面體3D插件建立隨機(jī)分布的混凝土再生粗骨料模型，并將模型導(dǎo)入ABAQUS內(nèi)，通過對再生骨料及普通骨料的設(shè)置，進(jìn)行再生混凝土的軸壓力學(xué)研究。

而在進(jìn)行Abaqus混凝土細(xì)觀模擬時，隨機(jī)骨料及隨機(jī)纖維等幾何模型的構(gòu)件是主要的難點(diǎn)所在。為了在Abaqus內(nèi)建立混凝土模型，有學(xué)者采用Abaqus命令的方式，但這需要有一定的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，并且需要反復(fù)改參、調(diào)試，極為不便。

ABAQUS二維隨機(jī)多邊形骨料及界面過渡區(qū)（ITZ）的混凝土細(xì)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(jī)理。該模型能夠真實(shí)反映骨料隨機(jī)分布特征及ITZ對裂縫萌生與擴(kuò)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。

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。

混凝土的強(qiáng)度很大程度上取決于粗骨料與水泥砂漿之間的界面過渡區(qū)（ITZ）。本案例在ABAQUS內(nèi)建立隨機(jī)多邊形骨料模型，并設(shè)置界面過渡區(qū)部件，采用CDP材料建立骨料、砂漿、ITZ三相混凝土細(xì)觀模型，并研究模型的軸壓破壞情況。

本案例通過CAD隨機(jī)球體顆粒&過渡區(qū)3D插件建立球體骨料及界面過渡區(qū)三維細(xì)觀混凝土模型，并將模型導(dǎo)入ABAQUS內(nèi)，通過Concrete Damaged Plasticity Model，研究細(xì)觀混凝土在軸壓荷載下ITZ及水泥砂漿的損傷演化規(guī)律。

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(xì)觀結(jié)構(gòu)，克服了傳統(tǒng)隨機(jī)分布模型與實(shí)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(shí)現(xiàn)高骨料占比下的力學(xué)響應(yīng)模擬，為混凝土損傷機(jī)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。

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。

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。

《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。

在細(xì)觀混凝土開裂研究中，仿真可直觀揭示混凝土中多相材料的破壞特征及微觀裂縫的發(fā)展規(guī)律。本案例建立包含隨機(jī)多邊形粗骨料、界面過渡區(qū)（ITZ）及水泥砂漿在內(nèi)的細(xì)觀混凝土梁二維模型，對混凝土梁在三點(diǎn)彎曲工況下進(jìn)行有限元模擬，展示混凝土梁跨中部位的裂縫發(fā)展情況。

在混凝土細(xì)觀數(shù)值模擬中，粗骨料的分布狀態(tài)對其力學(xué)性能具有顯著影響。以往研究多采用蒙特卡羅算法將粗骨料隨機(jī)分布在混凝土試件內(nèi)，而實(shí)際工程中混凝土試件在澆筑完成后的振搗操作會使得密度較大的粗骨料因重力作用發(fā)生沉降堆積。現(xiàn)有基于純隨機(jī)投放的算法難以真實(shí)反映這一物理過程，同時也難以實(shí)現(xiàn)工程中常見的較高粗骨料體積占比。

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

混凝土模型三維混凝土細(xì)觀模型的建立是進(jìn)行混凝土性能模擬的有效方法，而在comsol建模過程中隨機(jī)凸多面體骨料的生成是幾何模型的難點(diǎn)。這里提供一種快速高效的三維凸多面體骨料建模的方案，以實(shí)現(xiàn)不同集配的混凝土模型。建模教程首先采用CAD隨機(jī)多面體3D插件在AutoCAD內(nèi)生成所需要的三維混凝土細(xì)觀模型。