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如下圖所示，當(dāng)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>（2）當(dāng)骨料體積分數(shù)大于0.3時，骨料形狀只允許全為球形（Sphere）。</p><p><strong>3.3. 插件安裝</strong></p><p>解壓插件壓縮包，將解壓文件夾內(nèi)的插件文件夾（Random Aggregate Modeling (V1.0)）拷貝到AbAQUS的插件安裝路徑下。這里給出三種可選的插件安裝路徑，但只能選擇其中一個，不得多路徑安裝相同的插件。

插件介紹 Random Agg ITZ Pore 3D (Mesh) V1.0 - AbyssFish 插件可在Abaqus內(nèi)參數(shù)化建立包含水泥漿基體、粗細骨料、界面過渡區(qū)（ITZ）、孔隙在內(nèi)的多相材料混凝土細觀背景網(wǎng)格模型。

ABAQUS三維多面體骨料密堆積建模通過重力堆積算法構(gòu)建混凝土細觀結(jié)構(gòu)，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(xué)響應(yīng)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(nèi)建立三維混凝土多面體骨料重力密堆積模型。

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(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分布在混凝土試件內(nèi)，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。

在三維混凝土細觀模型的構(gòu)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(nèi)的粗骨料，部分學(xué)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(chǎn)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。

再生混凝土力學(xué)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(dǎo)入ABAQUS內(nèi)，通過對再生骨料及普通骨料的設(shè)置，進行再生混凝土的軸壓力學(xué)研究。

本案例是通過COMSOL對論文An innovative method for mesoscale modelling of moisture diffusion in concrete（https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2024.105836）中Voronoi毛細管、多邊形骨料、ITZ、水泥漿體多相材料的幾何模型復(fù)現(xiàn)。

圖6為輕骨料混凝土細觀有限元模型的單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線，在曲線上選擇了A至E共5個標志性狀態(tài)進行分析，對應(yīng)各狀態(tài)下模型的裂縫擴展如圖7所示。在狀態(tài)D與狀態(tài)E之間的受力階段，之前形成的兩條剪切帶已經(jīng)損傷演化完全，在兩條剪切主裂縫之間形成多條豎向裂縫，將兩條剪切裂縫相連，并將試件分割成多個楔形塊，整個試件的破壞形態(tài)已初步成型。此后試件的變形逐漸轉(zhuǎn)化成各混凝土楔形塊之間的滑移。

本案例介紹在COMSOL內(nèi)建立包含骨料、砂漿、ITZ在內(nèi)的多組分混凝土細觀有限元二維模型。 混凝土細觀模型中的粗骨料及界面過渡區(qū)ITZ幾何圖形通過CAD隨機多邊形插件2D專業(yè)版建模生成。

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隨機多面體&過渡區(qū)3D插件建立隨機分布的三維多面體骨料及界面過渡區(qū)細觀混凝土模型，并將模型導(dǎo)入ABAQUS內(nèi)進行多相材料的指定。

ABAQUS二維隨機多邊形骨料及界面過渡區(qū)（ITZ）的混凝土細觀建模研究，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)機理。該模型能夠真實反映骨料隨機分布特征及ITZ對裂縫萌生與擴展的影響，為準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。

獲取混凝土內(nèi)部切片圖像數(shù)據(jù)的方法主要有以下兩種：一是X射線斷層掃描（CT/XRM），其原理是利用X射線穿透混凝土試件，通過采集多角度投影數(shù)據(jù)，反演生成三維內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像；二是物理切片法，將試件切割成薄片，并對切片進行圖像采集。

一般情況下骨料數(shù)量越多，程序運行時間越長，當(dāng)骨料數(shù)量設(shè)置過多或已超出理論的最大值后，將導(dǎo)致程序無法在有限的時間內(nèi)停止，因此需要用戶指定合理的迭代次數(shù)，當(dāng)程序到達指定的迭代次數(shù)后會根據(jù)已投放的數(shù)量自動進行建立模型，這確保了模型中骨料無論是否到達設(shè)計值都能被建立，這使得模型成功率極大提高，而不必過多的考慮設(shè)置參數(shù)之間自洽性。

(2)在工程實際當(dāng)中,諸如溫度、濕度等多場耦合問題也是十分常見的,對混凝土全生命周期性能影響不容忽視。研究多場耦合問題的難點在于除了需要考慮其他場與位移場的耦合關(guān)系外,對于它們與相場的耦合關(guān)系亦不容忽視,此外各自的耦合方式仍需探討,這將會是一項有意義且有趣的研究。

本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立包含骨料、界面過渡區(qū)、纖維、孔隙在內(nèi)的多相材料二維纖維混凝土細觀模型。 采用CAD纖維混凝土2D插件在AutoCAD內(nèi)建立二維纖維混凝土模型，纖維混凝土模型的不同組分已分圖層進行繪制，需要對不同圖層內(nèi)容分別另存為dxf文件。

論文中建立的二維纖維增強混凝土模型包含粗骨料、砂漿、纖維、骨料與砂漿的界面過渡區(qū)、纖維與砂漿的界面過渡區(qū)在內(nèi)的多相材料，且混凝土砂漿中包含隨機分布的孔隙。