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混凝土在細(xì)觀層面上由水泥砂漿、粗骨料和界面過(guò)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(guò)渡區(qū)，對(duì)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)。

插件介紹 AbyssFish_RandomCircleAggregate2D V4.0 插件可在Abaqus內(nèi)參數(shù)化生成隨機(jī)分布的圓形骨料及界面過(guò)渡區(qū)部件。插件可用于構(gòu)建二維混凝土細(xì)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。

在ANSYS Workbench內(nèi)建立隨機(jī)圓形骨料混凝土細(xì)觀模型可采用CAD隨機(jī)圓形骨料插件V2.0實(shí)現(xiàn)，在插件內(nèi)設(shè)置模型參數(shù)，運(yùn)行即可自動(dòng)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?cái)嗾龖B(tài)分布等分布模式，可控制骨料比例、間距，以滿足不同的級(jí)配要求，以及設(shè)定界面過(guò)渡區(qū)有無(wú)及厚度。

在三維混凝土細(xì)觀模型的構(gòu)建過(guò)程中，為了簡(jiǎn)化建模及模擬過(guò)程多采用二維模型，如采用圓形或多邊形來(lái)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(jiǎn)化為球形來(lái)進(jìn)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(shí)際產(chǎn)生一定的差異。 而在Abaqus建模過(guò)程中隨機(jī)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(diǎn)。

<strong>插件簡(jiǎn)介</strong></p><p>Random Aggregate Modeling V1.0 是一款基于Python 3語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的ABAQUS插件，用于建立3D隨機(jī)骨料模型。

模型采用隨機(jī)投放算法，達(dá)到設(shè)定的時(shí)間后停止投放，并生成模型。此參數(shù)若設(shè)置過(guò)小可能會(huì)達(dá)不到設(shè)定的比例，應(yīng)根據(jù)骨料及孔隙比例適當(dāng)調(diào)整。 模擬案例 ABAQUS混凝土細(xì)觀模型受壓破壞結(jié)果展示。 適用版本 插件可運(yùn)行在Windows10、11系統(tǒng)上，支持Abaqus 6.14~2023版本。

適用范圍插件的適用范圍廣泛，可用于但不局限于隨機(jī)圓形骨料混凝土的幾何模型建立，凡是幾何圖形類(lèi)似的都有適用的可能性，以下介紹插件的幾個(gè)具體適用實(shí)例。混凝土細(xì)觀力學(xué)模擬：用于研究混凝土細(xì)觀狀態(tài)下的力學(xué)性能、開(kāi)裂模式等。離子滲透研究：研究不同材料滲透特征下的離子滲透路徑、滲透模式。滲流研究：用于研究介質(zhì)中含有不透水材料下的滲流等。

在混凝土結(jié)構(gòu)中，粗骨料與水泥砂漿之間的界面過(guò)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(shí)的破壞主要發(fā)生在界面過(guò)渡區(qū)的損傷。本案例介紹通過(guò)CAD隨機(jī)多面體&過(guò)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(guò)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。

在AutoCAD軟件內(nèi)，采用CAD隨機(jī)球體顆粒&過(guò)渡區(qū)3D V1.0插件建立隨機(jī)投放的球體粗骨料、界面過(guò)渡區(qū)(ITZ)部件及水泥砂漿基體三維模型，并將粗骨料、ITZ與水泥砂漿分別導(dǎo)出為.iges格式文件備用。 將導(dǎo)出的模型文件以部件的形式導(dǎo)入到ABAQUS內(nèi)。

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(guò)有限元方法對(duì)再生骨料混凝土模擬對(duì)評(píng)估混凝土抗壓強(qiáng)度有重要意義。本案例通過(guò)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(guò)對(duì)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。

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(guò)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(guò)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。

ABAQUS二維隨機(jī)多邊形骨料及界面過(guò)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(duì)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(guò)程、預(yù)測(cè)宏觀力學(xué)性能提供理論基礎(chǔ)，對(duì)提升混凝土結(jié)構(gòu)耐久性與安全性具有重要意義。

隨機(jī)多面體模型的建立，實(shí)現(xiàn)多面體骨料以及多面體三維過(guò)渡區(qū)的幾何模型：有限元模型在AutoCAD軟件內(nèi)將外部基體、骨料、過(guò)渡區(qū)分別導(dǎo)出為iges格式文件，在Abaqus內(nèi)對(duì)這三份文件分別導(dǎo)入部件，并進(jìn)行裝配：建立起隨機(jī)多面體骨料及界面過(guò)渡區(qū)的Abaqus幾何模型：后續(xù)可進(jìn)行模型的力學(xué)分析等。建模插件：CAD_隨機(jī)多面體&過(guò)渡區(qū)插件

而在進(jìn)行Abaqus混凝土細(xì)觀模擬時(shí)，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。

普通隨機(jī)骨料填充</strong></h2><p>下面是按照上述思路編寫(xiě)的2D及3D骨料隨機(jī)填充模型，其中二維模型支持<strong>圓形、橢圓及多邊形</strong>（可定義邊數(shù)），指定粒徑和含量比較方便。

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(kāi)展。在Abaqus CAE軟件內(nèi)，采用AbyssFish RandomSphere Cylinder 3D V2.0插件建立球體骨料、圓柱體試件三維混凝土細(xì)觀模型。

本案例建立包含隨機(jī)多邊形粗骨料、界面過(guò)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(duì)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Abaqus CAE軟件內(nèi)，采用AbyssFish RandomPolygon2D V2.0插件建立多邊形粗骨料、實(shí)體界面過(guò)渡區(qū)、水泥砂漿三部件混凝土細(xì)觀模型。