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如下圖所示，當纖維的方向指向骨料時，雖然纖維與骨料并沒有相交，但簡單地使用點到直線的距離公式，會被判斷為相交狀態(tài)，這根纖維就將被認為不能放在混凝土中。可能會說，即使這樣纖維仍然還會有很多的區(qū)域可以投放，但混凝土中存在著成百上千甚至上萬個的骨料，投放纖維之前遍歷已有骨料的坐標后，再按照這樣局限的方法進行判斷，纖維存在的區(qū)域勢必大大降低，生成出來的纖維分布狀態(tài)并不樂觀。

</p><p>骨料投放算法的主要原理：首先把骨料全部投放到容器中，允許骨料重疊；將骨料間的重疊視為擠壓彈性變形，根據(jù)骨料間的刺入深度向量計算出骨料間的排斥力和彈性勢能；按骨料所受排斥力合力的方向移動骨料，逐步更新整個骨料模型的空間結構，直至骨料間的重疊完全消失。

COMSOL端部彎鉤纖維、鋼纖維、三維骨料混凝土。 參數(shù)說明試件參數(shù)：長度、寬度、高度。骨料參數(shù)：最小粒徑、最大粒徑、骨料面數(shù)、骨料個數(shù)。纖維參數(shù)：纖維控制參數(shù)如圖所示，d為纖維的直徑。

二維骨料填充模型1.1 矩形骨料填充模塊 用于在矩形邊界內填充矩形骨料，矩形骨料長度可按范圍指定，同時可控制矩形骨料間的最 小間距(如果為負數(shù)，則表示矩形可相交)。圖1.1 二維矩形骨料填充模塊1.2 橢圓骨料填充模塊 用于在矩形邊界內填充橢圓骨料。

插件建立的模型中包含5個Set，從1~5分別對應水泥基體、大粒徑骨料、小粒徑骨料、孔隙、界面過渡區(qū)。 插件通過指派五種材料，實現(xiàn)完整的模型，插件生成的材料屬性均為空，需要用戶自行設置或替換。 模型中的骨料及孔隙均為球體形狀，界面過渡區(qū)包裹在骨料外側。

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(tǒng)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(xiàn)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(shù)標定及多尺度耦合分析提供可靠依據(jù)。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。

在三維混凝土細觀模型的構建過程中，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的粗骨料，部分學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。

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

基于CAD骨料隨機投放插件，生成隨機多面體骨料，可以定義四種骨料粒徑范圍，定義四種骨料界面過渡區(qū)厚度，將每種骨料及其界面過渡區(qū)單獨封裝進不同圖層，對于后續(xù)材料的定義提供便利，具有CAD接口的有限元軟件均可使用，所有骨料均執(zhí)行干涉檢查，基體均已扣除骨料占據(jù)部分體積，插件下方可直接讀取各項體積，是一款非常實用的小插件

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(tài)的混凝土細觀模型。

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(qū)，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(tài)。

在混凝土細觀數(shù)值模擬中，粗骨料的分布狀態(tài)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(fā)生沉降堆積。現(xiàn)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(xiàn)工程中常見的較高粗骨料體積占比。

再生混凝土力學性能受再生骨料比例、強度等多方面影響，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度有重要意義。本案例通過CAD隨機多面體3D插件建立隨機分布的混凝土再生粗骨料模型，并將模型導入ABAQUS內，通過對再生骨料及普通骨料的設置，進行再生混凝土的軸壓力學研究。

</p><p class="ql-align-justify">步驟一：采用Python、Fortran、APDL等編程語言生成隨機骨料及纖維，判定骨料與骨料之間，纖維與纖維之間，纖維與骨料之間互不侵入。基于此，生成骨料半徑、中心坐標，纖維起始點和終止點的坐標。

骨料及ITZ部分通過CAD隨機多邊形顆粒插件，在CAD內建立圖形后，將骨料及ITZ圖層分別存儲為dxf文件后導入COMSOL。 注意COMSOL導入骨料、ITZ、Voronoi圖形后需要經過一系列布爾操作，方可形成完整的模型，并將毛細管、水泥砂漿、骨料、ITZ各部分進行有效區(qū)分。

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。

隨機多面體骨料3D模型的建立可采用CAD隨機多面體3D插件在AutoCAD內參數(shù)化建模后導入Workbench，插件可指定多面體骨料的三組粒徑范圍，以實現(xiàn)不同級配的混凝土細觀模型；可設置每組粒徑的骨料數(shù)量，以實現(xiàn)不同的骨料比例；可設置多面體的面數(shù)，以匹配不同的骨料外形。

在AutoCAD軟件內，采用CAD隨機多面體&過渡區(qū)3D V1.0插件建立隨機投放的多面體骨料、界面過渡區(qū)(ITZ)部件及水泥砂漿基體三維模型。插件在建模時已將不同組分分圖層繪制，方便批量導出及后續(xù)的材料指定。這里將砂漿、ITZ、不同粒徑的骨料分別導出為iges格式文件。

界面過渡區(qū)（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(qū)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(tài)、分布及界面行為對材料性能的影響機制。該研究為揭示混凝土損傷演化規(guī)律提供理論支撐，對優(yōu)化配合比設計、提升結構耐久性具有重要學術價值與工程應用前景。

模型中骨料按粒徑劃分為三個組別，并通過堆積算法實現(xiàn)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(xù)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。