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在混凝土細觀數值模擬中，粗骨料的分布狀態對其力學性能具有顯著影響。以往研究多采用蒙特卡羅算法將粗骨料隨機分布在混凝土試件內，而實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生沉降堆積。現有基于純隨機投放的算法難以真實反映這一物理過程，同時也難以實現工程中常見的較高粗骨料體積占比。

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

堆積分布模型：在堆積分布模型中，骨料可能會以某種方式堆積或聚集在混凝土結構的特定區域。這種分布模型考慮了骨料在現實結構中可能出現的非均勻性，更接近實際情況。堆積算法更適合實際混凝土振搗后的骨料重力堆積現象，同時可達到更高的骨料比例，具有更好的仿真意義。 選擇使用哪種模型取決于具體的設計要求和分析目的。

本案例介紹在COMSOL內建立多邊形骨料堆積混凝土細觀模型，并對水化熱產生后的傳熱及溫度變化進行仿真模擬。 骨料堆積混凝土細觀模型采用CAD多邊形密堆積2D插件建立，插件內置動力學算法，可模擬多邊形骨料顆粒在重力作用下的堆積模型。

模型中骨料按粒徑劃分為三個組別，并通過堆積算法實現高填充率的隨機密堆積排布，同時在每顆骨料外圍自動生成可設置厚度的ITZ層。插件分別對不同粒徑范圍的骨料、對應的ITZ以及水泥砂漿基體分圖層繪制，便于后續材料賦值與處理分析。 利用AutoCAD軟件將骨料、ITZ及水泥砂漿三類幾何部件分別導出為IGES格式文件。

多面體骨料投放算法采用嚴格的空間三角網格碰撞數學運算,且提高了骨料體積含量。通過重力堆積算法，模擬混凝土中骨料的排列和分布情況。CAD插件內置的建模算法可以做到骨料、界面層、骨料分布的多參數控制，對于高效構建符合真實情況的混凝土細觀模型具有重要意義。2 三維球形骨料模型的生成 參數化建模允許研究者通過調整一系列參數來控制模型的特性，例如骨料的大小、級配、分布等。

圓柱容器內的球體骨料堆積模型采用CAD球體密堆積_圓柱體試件3D V1.1版本插件建模生成，模型中的骨料通過球體重力堆積及二次振搗密實模擬，建立更加符合實際骨料分布狀態的混凝土細觀模型。

插件介紹 CAD多面體密堆積_圓柱體試件3D插件可在AutoCAD內基于重力堆積算法在圓柱體容器內進行多面體的密堆積三維建模。 插件采取堆積可視化交互界面，可觀察多面體顆粒的堆積動態，并可采用鼠標進行多面體位置的局部微調。

插件內置重力堆積算法，可進行圓柱體纖維的碰撞檢測及密堆積建模，插件可進行三維堆積的動畫展示，并將堆積模型在AutoCAD內建模，支持導出stl、sat、iges等通用三維模型，可實現其他軟件的導入，進行纖維堆積模型的科研繪圖或有限元仿真。

本案例介紹在ABAQUS內建立球體重力密堆積三維模型，模型采用圓柱體試件，包含界面過渡區ITZ部件，可用于超高骨料占比的混凝土細觀幾何建模。 圓柱體試件內的球體密堆積及ITZ等部件采用CAD球體密堆積_圓柱體試件3D插件在AutoCAD軟件內參數化建模生成。插件可設置三組粒徑范圍的球體顆粒，并可指定每組粒徑的占比。

插件介紹 CAD多面體密堆積3D插件可在AutoCAD內建立三維隨機多面體密堆積模型。 插件內置物理動力學模擬算法，通過模擬重力、碰撞等現象，使多面體在虛擬環境中發生自然堆積，進而實現真實的堆積效果。

插件簡介 CAD球體密堆積3D插件可用于生成隨機緊密堆積的球體模型。插件可指定投放區域、球體集料的粒徑范圍、球體數量等信息。 插件采用模擬重力作用下球體的碰撞堆積行為，實現球體集料的隨機緊密堆積模型。

參數界面</strong></p><p>參數界面用于設置骨料形狀參數和隨機填充算法的控制參數，如圖3所示。當默認設置無法滿足建模需求時，可以嘗試調整。</p><p>（1）橢球（繞X軸的旋轉橢球）</p><p>Axis Ratio：橢球旋轉半徑和橢球旋轉軸一半的比值。通過調整Axis Ratio的最小值和最大值來控制橢球的形狀。

基于密堆積算法的三維多面體重力堆積模型研究，對深入理解顆粒材料微觀結構與宏觀性能的關聯機制具有重要價值。該模型能準確模擬顆粒在重力作用下的自然堆積行為，為混凝土、陶瓷等復合材料的微觀結構設計提供理論支撐，對優化材料性能及指導工業生產實踐具有顯著意義。本案例介紹在COMSOL內建立三維多面體顆粒重力密堆積模型。

算法生成結果 (221) 圖3.2 Random和Optimization算法球體骨料填充對比 從結果中可以看出，Optimization算法填充率遠高于Random算法，能夠得到更加致密的骨料填充模型。

首先采用CAD纖維密堆積3D插件，通過圓柱體重力堆積算法在CAD內建立三維圓柱堆積模型，不同參數的纖維CAD已進行分圖層繪制，方便批量管理。 插件可對纖維的堆積過程進行可視化展示。

插件優化重力堆積物理引擎，新增堆積可視化界面，可直觀查看建模過程中的球體隨機投放及重力堆積動畫，也可通過時長參數控制堆積過程模擬的運行時間。 插件可定義長方體模型的長寬高，支持設置三組球體粒徑范圍，并可設置每組球體粒徑占整個模型的比例，便于精確控制模型生成。

使用說明插件采用點-線-面-體的三維幾何生成算法，以模擬多面體骨料的外形。算法自動優化骨料體型，防止骨料中出現極小面而影響后期的網格劃分。插件采取隨機投放方式，模擬骨料在混凝土內的分布模型。隨機投放中進行嚴格的骨料干涉判別，確保不存在骨料相交及骨料出界情況。同時插件可指定骨料最小間距參數，確保基體網格能有效劃分。

應用場景 插件建立的多面體堆積模型可用于科研論文繪圖渲染。 模型也可導入ANSYS、ABAQUS、COMSOL、LS-DYNA等有限元軟件，進行三維多面體骨料堆積及ITZ界面過渡區的混凝土細觀建模，插件內置的幾何優化算法可確保模型在有限元軟件內實現高質量的網格劃分。

模型采用隨機投放算法，達到設定的時間后停止投放，并生成模型。此參數若設置過小可能會達不到設定的比例，應根據骨料及孔隙比例適當調整。 模擬案例 ABAQUS混凝土細觀模型受壓破壞結果展示。 適用版本 插件可運行在Windows10、11系統上，支持Abaqus 6.14~2023版本。