基于Python-Abaqus的混凝土三维细观随机模型的建立
基于ABAQUS梁单元的钢筋混凝土框架结构数值模拟共3篇
基于ABAQUS梁单元的钢筋混凝土框架结构数值模拟共3篇基于ABAQUS梁单元的钢筋混凝土框架结构数值模拟1钢筋混凝土框架结构是一种常见的建筑结构形式，具有较高的承载能力和良好的抗震性能。
数值模拟是研究结构力学性能和优化设计的重要手段之一。
本文将介绍基于ABAQUS梁单元的钢筋混凝土框架结构数值模拟方法和实现步骤。
ABAQUS是一种广泛应用于结构力学和工程分析的有限元分析软件，可以模拟不同类型的结构，包括钢筋混凝土框架结构。
在ABAQUS中，钢筋混凝土框架结构使用的是梁单元（B31）和三角形单元（C3D4）。
本文将重点介绍梁单元的应用。
首先，建立模型，包括结构几何形状、截面形状、材料特性等信息。
在ABAQUS中，可以通过建立草图、绘制型材、定义截面属性等方式来创建模型。
需要注意的是，建立的模型必须符合实际结构的几何形状和尺寸要求。
其次，定义材料特性，包括钢筋混凝土的弹性模量、泊松比、屈服强度、极限强度、裂缝韧度等参数。
这些参数对于结构的强度、刚度、稳定性等性能都有很大的影响，需要根据实际情况进行精确的定义。
然后，给结构施加荷载，包括静态荷载、动态荷载、地震荷载等。
在ABAQUS中，可以通过绘制荷载分布或者定义节点荷载、边界约束等方式来施加荷载。
需要注意的是，荷载的大小和方向必须符合实际情况。
最后，进行数值模拟，求解结构的应力、应变、变形等参数。
在ABAQUS中，可以通过指定分析步数、时间步长、求解器、后处理选项等方式来进行数值模拟。
需要注意的是，模拟结果的准确性和可靠性与模型的精度、材料参数和荷载条件等因素密切相关，需要认真评估和验证。
总的来说，基于ABAQUS梁单元的钢筋混凝土框架结构数值模拟是一项复杂的工程计算工作，需要具备专业的结构力学知识和ABAQUS软件的使用技能。
在模拟过程中，需要考虑许多因素，如模型准确性、材料参数、荷载条件、求解器选项等。
因此，需要认真分析和解决各种问题，确保模拟结果的准确性和可靠性，为结构设计和施工提供科学依据。
基于ABAQUS梁单元的钢筋混凝土框架结构数值模拟
基于ABAQUS梁单元的钢筋混凝土框架结构数值模拟一、本文概述Overview of this article本文旨在探讨基于ABAQUS梁单元的钢筋混凝土框架结构数值模拟。
文章将对钢筋混凝土框架结构进行简要介绍，阐述其在实际工程中的应用及其重要性。
接着，将详细介绍ABAQUS软件及其在结构数值模拟中的优势，特别是梁单元在模拟钢筋混凝土框架中的应用。
This article aims to explore the numerical simulation of reinforced concrete frame structures based on ABAQUS beam elements. The article will provide a brief introduction to reinforced concrete frame structures, explaining their application and importance in practical engineering. Next, we will provide a detailed introduction to ABAQUS software and its advantages in structural numerical simulation, especially the application of beam elements in simulating reinforced concrete frames.文章将重点分析使用ABAQUS软件建立钢筋混凝土框架结构的数值模型的过程，包括材料属性的定义、边界条件的设置、荷载的施加以及网格的划分等。
还将探讨如何对模拟结果进行分析和评估，以便更好地理解和预测钢筋混凝土框架结构的性能。
The article will focus on analyzing the process of establishing a numerical model of reinforced concrete frame structures using ABAQUS software, including the definition of material properties, setting of boundary conditions, application of loads, and meshing. We will also explore how to analyze and evaluate simulation results in order to better understand and predict the performance of reinforced concrete frame structures.通过本文的研究，旨在为工程师和研究者提供一种有效的数值模拟方法，以便在设计和优化钢筋混凝土框架结构时，能够更准确地预测其受力性能和变形行为。
基于ABAQUS纤维梁单元的钢筋混凝土柱受力破坏全过程数值模拟
基于ABAQUS纤维梁单元的钢筋混凝土柱受力破坏全过程数值模拟一、本文概述随着计算机技术的飞速发展和数值计算方法的不断完善，数值模拟已成为工程领域中研究和解决实际问题的重要手段。
ABAQUS作为一款功能强大的有限元分析软件，被广泛应用于各种复杂工程问题的模拟分析中。
本文旨在利用ABAQUS软件中的纤维梁单元，对钢筋混凝土柱在受力作用下的破坏全过程进行数值模拟，以期更深入地理解钢筋混凝土柱的受力性能，为实际工程设计和施工提供理论支撑和参考依据。
具体而言，本文将首先介绍钢筋混凝土柱的基本构造和受力特点，阐述钢筋混凝土柱破坏过程的复杂性和重要性。
将详细介绍ABAQUS软件及其纤维梁单元的基本原理和适用范围，说明选择纤维梁单元进行数值模拟的原因和优势。
接着，本文将构建钢筋混凝土柱的数值模型，包括材料本构关系的确定、单元类型的选择、网格划分以及边界条件和荷载的施加等。
在此基础上，将进行钢筋混凝土柱在不同受力情况下的数值模拟，分析钢筋混凝土柱的受力响应、裂缝开展、破坏模式以及承载能力等方面的变化。
本文将总结数值模拟的结果，并与实验结果或已有研究成果进行对比验证，评估数值模拟的准确性和可靠性。
通过本文的研究，不仅可以更深入地了解钢筋混凝土柱的受力破坏全过程，还可以为类似工程问题的数值模拟提供有益的参考和借鉴。
本文的研究成果也有助于推动数值模拟技术在土木工程领域的应用和发展。
二、钢筋混凝土柱受力破坏机理分析钢筋混凝土柱的受力破坏是一个复杂的过程，涉及到材料的非线性、几何的非线性以及接触和边界条件的复杂性。
通过数值模拟来研究其受力破坏的全过程显得尤为重要。
在受力初期，钢筋混凝土柱主要承受弹性变形。
此时，混凝土和钢筋均处于弹性工作状态，应力与应变之间呈线性关系。
随着荷载的增加，混凝土开始出现裂缝，裂缝的扩展和分布受到钢筋的约束作用，形成了一种复杂的应力传递机制。
钢筋通过裂缝与混凝土之间的粘结力传递应力，有效地延缓了裂缝的进一步发展。
再生砂粉混凝土抗压强度与细观损伤研究
第42卷第11期2023年11月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.42㊀No.11November,2023再生砂粉混凝土抗压强度与细观损伤研究马㊀泉1,肖建庄1,田㊀丰2,晏文品2,宋㊀敏2,付㊀杰2,杨㊀超2,曹㊀雪2(1.同济大学土木工程学院,上海㊀200092;2.中建三局集团有限公司,西安㊀710065)摘要:为研究再生砂粉混凝土的力学性能及细观损伤,本文基于Python 语言对ABAQUS 软件进行了二次开发编程,建立了考虑骨料㊁新老砂浆基体和界面过渡区的多相三维混凝土有限元模型,并通过抗压强度试验验证有限元模型的有效性㊂结果表明,本文建立的再生砂粉混凝土细观模型可有效模拟其力学性能和细观损伤情况,抗压强度实测值与模拟值的误差较小,不超过10.65%;再生砂粉混凝土试块破坏整体呈 X 形式,与试验现象基本一致,初始损伤出现在界面过渡区处,然后逐渐发展直至贯通,随着再生细骨料及再生微粉含量的增多,其损伤扩展程度更加严重,并且其力学性能也随之下降㊂关键词:再生砂粉混凝土;多相模型;数值模拟;有限元模型;力学性能;细观损伤;随机骨料中图分类号:TU528㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2023)11-4042-09Compressive Strength and Microscopic Damage of Recycled Sand /Powder ConcreteMA Quan 1,XIAO Jianzhuang 1,TIAN Feng 2,YAN Wenpin 2,SONG Min 2,FU Jie 2,YANG Chao 2,CAO Xue 2(1.College of Civil Engineering,Tongji University,Shanghai 200092,China;2.China Construction Third Engineering Bureau Group Co.,Ltd.,Xi an 710065,China)Abstract :To investigate the mechanical properties and microscopic damage evolution of recycled sand /powder concrete,ABAQUS based on Python language was used to establish a multi-phase three-dimensional finite element model considering virgin aggregate,old /new mortar matrix and corresponding interfacial transition zones.The effectiveness of the model was verified by compressive tests on recycled sand /powder concrete samples.The results show that the microscopic model of recycled sand /powder concrete established in this study efficaciously simulates its mechanical properties and microscopic damage circumstances.The discrepancy between the measured and simulated compressive strength is minimal,not exceeding 10.65%.The destruction of recycled sand /powder concrete specimen is generally in an X shape,which is fundamentally consistent with experimental phenomenon.The initial damage emerges in interface transition zone and subsequently develops progressively until it penetrates.As the content of recycled fine aggregate and recycled micro powder increases,the extent of damage expansion becomes more severe,and its mechanical properties correspondingly decline.Key words :recycled sand /powder concrete;multi-phase model;numerical simulation;finite element model;mechanical property;damage distribution;random aggregate 收稿日期:2023-06-29;修订日期:2023-08-02作者简介:马㊀泉(1985 ),男,博士研究生㊂主要从事混凝土㊁房建住宅施工的研究㊂E-mail:1911672@通信作者:田㊀丰㊂E-mail:1603769940@0㊀引㊀言随着城市化进程的持续推进,旧建筑的拆除与大型基础设施的建设催生出了大量的建筑垃圾㊂其中废弃混凝土占据建筑垃圾的80%以上,若不经合理处置将会极大占据城市土地空间㊂ 十四五 规划明确指出要全面提高资源利用效率,因此回收废弃混凝土块和粉末用于替代传统混凝土中的粗㊁细骨料以及水泥成为热点课题㊂第11期马㊀泉等:再生砂粉混凝土抗压强度与细观损伤研究4043㊀研究表明,再生混凝土的力学性能和耐久性能均劣于普通混凝土㊂肖建庄等[1-2]研究了再生粗㊁细骨料取代率对再生混凝土抗压强度的影响,发现再生骨料的掺入会使混凝土的抗压强度降低㊂混凝土从微观层面可以分为骨料㊁砂浆基体以及两者间的界面过渡区,其中界面过渡区被广泛认为是混凝土内部最薄弱的区域,决定了混凝土的力学强度和抗离子渗透性能㊂再生骨料表面难以去除的旧砂浆使再生骨料混凝土在天然骨料和旧砂浆㊁旧砂浆和新砂浆间分别存在旧㊁新界面过渡区,增大了混凝土内薄弱区域的总体体积㊂另外,再生骨料表面疏松多孔的旧砂浆也削弱了骨料与新砂浆基体间的黏结强度㊂陈立俊等[3]研究了再生微粉㊁粉煤灰及硅灰对混凝土力学性能的影响,发现再生微粉掺量大于20%(质量分数)会对混凝土产生不利影响,但复掺粉煤灰和硅灰后会有所改善㊂通过试验手段研究再生混凝土力学性能具有真实可靠的特点,但也存在周期长㊁资源耗费等问题,并且较难观测在外力作用下其内部损伤情况㊂细观数值模拟法为连接混凝土宏观㊁细观破坏的桥梁,能较为准确地反映其内部损伤演化全过程㊂目前对再生混凝土的模拟研究逐渐趋于精细化,以反映更多材料内部微观结构㊂姚泽良等[4]建立二维随机凹凸多边形骨料再生混凝土模型,对模型进行了细观力学性能计算,研究了含砖再生混凝土的损伤破坏模式㊂Peng 等[5-6]建立了圆形骨料和凸多边形随机骨料模型,模拟骨料取代率为100%(质量分数)的再生粗骨料混凝土裂缝扩展,结果表明裂缝最初出现的区域总是在界面过渡区,然后裂缝延伸㊁贯通直至破坏㊂目前已有大量关于再生粗㊁细骨料混凝土基本性能的试验研究,并且理论模型较为完善,然而对含有再生细骨料和再生微粉的混凝土的性能测试,特别是通过有限元模拟观察再生砂粉混凝土在受压过程中的内部损伤仍然不足㊂为研究再生细骨料和再生微粉对混凝土力学性能的影响,本文采用试验与数值模拟相结合的方法,以C30强度等级的普通混凝土为基准,在细观层次上,建立了再生砂粉混凝土的有限元模型,通过模拟受压加载过程,探究再生砂粉混凝土的损伤破坏情况,并与试验结果进行对比验证㊂本研究的试验数据与模拟结果可为再生砂粉混凝土的应用提供一定的理论依据和技术支撑㊂1㊀再生砂粉混凝土随机骨料模型为了更加准确地模拟再生砂粉混凝土的力学性能,本文基于Python 语言对ABAQUS 进行二次开发,建立了再生砂粉混凝土的三维多相有限元模型㊂该模型将混凝土看作骨料㊁新砂浆㊁老硬化砂浆㊁新界面过渡区和老界面过渡区等五相复合材料,并根据ABAQUS 混凝土塑性损伤模型(CDP 模型)定义各相材料的力学性能参数㊂为避免因单元尺寸太小导致网格扭曲和单元数过多,将粒径不大于0.075mm 的再生微粉颗粒视为新砂浆基体㊂1.1㊀随机球形骨料的生成投放本文将骨料简化为球形骨料㊂基于蒙特卡罗法概率统计原理,采用Python 语言编写骨料投放算法,通过random 函数生成球形骨料的随机粒径和随机坐标,从而模拟再生砂粉混凝土骨料的随机分布㊂以边长为L 的混凝土立方体试块为例,生成的球形骨料投放在混凝土砂浆区域内,并且不侵入其他骨料,需满足式(1)㊁(2)所示的条件㊂R i ɤX i ɤ(L -R i )R i ɤY i ɤ(L -R i )R i ɤZ i ɤ(L -R i )ìîíïïï(1)(X i -X j )2+(Y i -Y j )2+(Z i -Z j )2>(R i +R j )(2)式中:(X i ,Y i ,Z i ,R i )为目前投放第i 个骨料的位置坐标及半径;(X j ,Y j ,Z j ,R j )为先前投放第j 个骨料的位置坐标及半径,通过循环算法将目前生成骨料与先前所有骨料进行侵入判别㊂根据规范‘建设用砂“(GB /T 14684 2022)[7]㊁‘建设用卵石㊁碎石“(GB /T 14685 2022)[8]和‘混凝土和砂浆用再生细骨料“(GB /T 25176 2010)[9],粗骨料的粒径为4.75~31.5mm㊂为避免1mm 以下的骨料引起网格畸变,影响计算准确性,细骨料的粒径设计为1~4.75mm㊂考虑混凝土内部骨料达到最大密实度,将骨料半径从大到小进行排序并依次投放㊂如果生成骨料满足上述条件,则接受该位置坐标数据,若不满足,则重复上述步骤生成新的骨料坐标㊂粗㊁细骨料分布如图1(a)所示㊂4044㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷1.2㊀再生砂粉混凝土三维细观模型在混凝土空间内生成三维球形骨料后,将所有骨料半径适当放大,再将部分细骨料适当放大,生成新的球形骨料,通过布尔差集运算批量化切分随机骨料的旧砂浆层㊁新界面过渡区(interfacial transition zone 1,ITZ1)和旧界面过渡区(interfacial transition zone 2,ITZ2),不同再生细骨料替代率的随机骨料模型见图1(b)和图1(c)㊂汪奔等[10]和杜敏等[11]在进行研究时,设定界面过渡区厚度为1mm,该条件下数值模拟结果与试验结果的误差不超过2%㊂因此本文的新㊁旧界面过渡区厚度设置为1mm,老砂浆厚度要大于界面过渡区厚度,简化处理设定为1.5mm㊂新形成的立方砂浆模型见图1(d)㊂布尔运算切分完成后,对各项材料进行合并,然后进行网格划分,网格选取四面体网格,网格大小为5mm,再生砂粉混凝土细观模型见图1(e)㊂图1㊀再生砂粉混凝土细观模型Fig.1㊀Microstructural model of recycled sand /powder concrete 1.3㊀各相材料参数图2㊀再生微粉对水泥砂浆抗压强度的影响[11]Fig.2㊀Effect of recycled micro powder on compressive strength of cement mortar [11]基于张潞伟[12]对再生微粉的研究,随着再生微粉掺量的增加,水泥砂浆的抗压强度降低,测试结果如图2所示㊂现有研究[4]表明,界面过渡区的弹性模量和强度约为水泥砂浆的70%㊂结合肖建庄等[13]㊁刘琼[14]对再生混凝土的研究,本文确定的各相材料参数如表1所示㊂采用ABAQUS 混凝土塑性损伤模型,即CDP 模型,研究再生砂粉混凝土的损伤机制㊂CDP 模型首先定义各相材料的塑性参数,包括膨胀角为30ʎ~36ʎ,偏心率为0.1,双轴抗压强度与单轴抗压强度之比为1.16,屈服面形态系数为0.667,黏性系数为0.0005㊂CDP 模型还需定义各相材料的弹性模量及损伤本构关系,参照‘混凝土结构设计规范“(GB 50010 2010)[15]关于混凝土单轴受拉㊁受压损伤的本构方程,确定各项材料的本构关系㊂以再生细骨料掺量30%(质量参数)㊁再生微粉掺量10%(质量参数)的再生砂粉混凝土为例,图3展示了各组分的受压应力-应变曲线和受第11期马㊀泉等:再生砂粉混凝土抗压强度与细观损伤研究4045㊀拉应力-应变曲线,其中σ为应力,ε为应变㊂在混凝土受压破坏过程中,骨料基本不产生破坏,处于弹性阶段,弹性模量和强度最大;新砂浆的强度大于老旧砂浆的强度;界面过渡区是混凝土的最薄弱区域,其弹性模量和强度最小,新界面过渡区(ITZ1)的力学性能优于旧界面过渡区(ITZ2)的力学性能㊂表1㊀再生砂粉混凝土各相材料参数Table 1㊀Parameters of different phase materials of recycled sand /powder concreteMaterialμE c /GPa Tensile strength /MPa Compressive strength at varying levels of recycled micro powder content /MPa 0%10%20%30%Aggregate 0.1680.0010.0080.0080.0080.0080.00New mortar0.2236.00 3.0032.0030.4027.9523.57ITZ10.2025.00 2.2022.0021.0020.0017.00Old mortar 0.2236.00 2.5030.0028.0026.0022.00ITZ20.2020.00 2.0018.0016.0015.0014.00㊀㊀Note:μrepresents poison ratio,E c represents elasticmodulus.图3㊀再生砂粉混凝土各相材料的本构曲线Fig.3㊀Constitutive curves of different phase materials of recycled sand /powder concrete 1.4㊀边界条件图4㊀位移加载及边界条件Fig.4㊀Displacement loading and boundary conditions 本文采用位移加载方式,模拟再生砂粉混凝土试块单轴受压试验㊂在模型上部中心位置处创建关键点(RP-1),RP-1与试块上表面相互耦合,在RP-1处施加位移转角约束,释放竖向位移约束,向下施加0.4mm位移荷载,等效模拟试块上表面单轴受压,底部为固定约束,位移加载及边界条件见图4㊂2㊀再生砂粉混凝土抗压强度试验模拟2.1㊀再生砂粉混凝土抗压强度试验为验证再生砂粉混凝土细观模型的有效性,测量对应立方体抗压强度㊂以C30普通混凝土配合比为基准,水胶比为0.43;水采用普通自来水;粉煤灰由金川电厂提供;废弃混凝土破碎后进行筛选,粒径不大于0.075mm 的为再生微粉㊁粒径在0.075~4.75mm 的为再生细骨料;水泥采用普通硅酸盐水泥P㊃O 42.5;减水剂采用聚羧酸;天然细骨料采用天然河砂,粗骨料采用碎石㊂其中再生细骨料替代天然细骨料,替代率分别为0%㊁15%㊁30%(质量分数);再生微粉替代粉煤灰及水泥,替代率分别为0%㊁10%㊁20%㊁30%(质量分数)㊂参照‘普通混凝土配合比设计规程“(JGJ 55 2011)[16],制备再生砂粉混凝土试块,尺寸为100mm ˑ100mm ˑ100mm,混凝土配合比如表2所示㊂4046㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷表2㊀再生砂粉混凝土配合比Table 2㊀Mix ratio of recycled sand /powder concreteSample No.Mix ratio /(kg㊃m -3)C FA RP NFA RFA NCA W SP RSC0-030588095009011708RSC0-10305493995009011708RSC0-2030597995009011708RSC0-302753011895009011708RSC15-03058808081429011708RSC15-1030549398081429011708RSC15-203059798081429011708RSC15-30275301188081429011708RSC30-03058806652859011708RSC30-1030549396652859011708RSC30-203059796652859011708RSC30-30275301186652859011708㊀㊀Note:C represents cement,FA represents fly ash,RP represents recycled micro powder,NFA represents natural fine aggregate,RFA represents recycled fine aggregate,NCA represents natural coarse aggregate,W represents water,SP representssuperplasticizer.图5㊀不同再生砂粉掺量下混凝土的抗压强度Fig.5㊀Compressive strength of concrete under different proportion of recycled sand /powder 依照‘混凝土物理力学性能试验方法标准“(GB /T 50081 2019)[17]对再生砂粉混凝土进行立方体抗压强度试验,所有试块养护28d 后测抗压强度,试验结果见图5㊂可以看出,掺入再生细骨料和再生微粉均会导致混凝土抗压强度下降,这主要是因为再生细骨料表面包裹老旧砂浆层削弱了与新砂浆基体间的黏结强度,并且疏松多孔的旧砂浆促进了裂缝的扩展㊂而再生微粉的活性不高,掺量过多,取代粉煤灰和部分水泥时,降低了混凝土内胶凝材料的水化效率,导致混凝土抗压强度降低㊂对于单掺情况,当再生细骨料和再生微粉掺量分别由0%增加至30%时,混凝土抗压强度值分别下降33.81%㊁22.61%,可见掺量同为30%时,再生细骨料对普通混凝土的力学性能影响更大㊂对于复掺情况,当再生细骨料掺量由15%增加至30%时,再生微粉含量为10%㊁20%㊁30%的混凝土的抗压强度分别下降23.71%㊁19.26%㊁17.59%;类似地,当再生微粉含量由10%增加至30%时,再生细骨料含量分别为15%㊁30%的混凝土抗压强度分别下降15.70%㊁7.60%,可见复掺情况下,再生细骨料对混凝土的力学性能影响也相对更大,与单掺情况类似㊂2.2㊀再生砂粉混凝土抗压强度数值模拟2.2.1㊀数值模拟结果分析根据前文试验,分别对12组不同配合比的再生砂粉混凝土进行单轴抗压数值模拟,计算得出各组再生砂粉混凝土的抗压强度,将数值模拟结果与试验结果进行对比,见图6㊂由图6可以看出,数值模拟结果与试验结果的差异随再生细骨料掺量的增加而增大,当再生细骨料掺量由0%增加至30%时,最大误差由3.45%增加至10.65%,总体误差不超过15%,可见本文建立的细观有限元模型能够较为准确地反映再生砂粉混凝土的力学性能,可用于模拟混凝土抗压强度随再生砂粉掺量的变化规律㊂各组不同配合比的再生砂粉混凝土应力-应变曲线见图7㊂各组应力-应变曲线的直线上升段斜率表示混凝土的弹性模量,可以看出随着再生细骨料和再生微粉掺量的增加,混凝土的弹性模量呈下降趋势,但变化幅度较小;各组应力应变曲线均在18MPa 左右,接近界面过渡区的强度,并且再生细骨料和再生微粉掺量越多,差异越明显,这可能是因为混凝土的力学性能随再生微粉和再生细骨料掺入而降低,其界面过渡区(ITZ1㊁ITZ2)的强度也随之降低,初始裂缝更容易在此薄弱区域产生,导致混凝土更易产生塑性第11期马㊀泉等:再生砂粉混凝土抗压强度与细观损伤研究4047㊀形变㊂表3为各组应力-应变曲线的峰值应力㊁峰值应变数据,可看出峰值应力随再生细骨料和再生微粉掺量的增加而降低,并且峰值应变也基本随之减小,说明再生细骨料及再生微粉的加入会使混凝土的延性降低㊂达到峰值应力后,再生细骨料和再生微粉的掺量越多,混凝土强度越低,下跌越平缓,脆性越不明显㊂图6㊀再生砂粉混凝土抗压强度数值模拟结果对比Fig.6㊀Comparison of numerical simulation results of compressive strength of recycled sand /powderconcrete 图7㊀再生砂粉混凝土数值模拟应力-应变曲线Fig.7㊀Numerical simulation stress-strain curves of recycled sand /powder concrete 表3㊀再生砂粉混凝土的峰值应力及峰值应变Table 3㊀Peak stress and peak strain of recycled sand /powder concreteSample No.RSC0-0RSC0-10RSC0-20RSC0-30RSC15-0RSC15-10RSC15-20RSC15-30RSC30-0RSC30-10RSC30-20RSC30-30σmax /MPa 38.2335.6733.6229.1933.3531.9829.6426.0824.0523.2622.0719.64εmax /%0.001550.001530.001520.001460.001520.001490.001490.001470.001510.001500.001370.001422.2.2㊀细观损伤分析以RSC30-10为例,再生砂粉混凝土试块的轴向压缩细观损伤演化过程见图8㊂旧界面过渡区是再生砂粉混凝土试块最薄弱处,初始损伤首先在此区域产生,接着在新界面过渡区(ITZ1)产生,然后损伤延伸至两者之间的老旧砂浆,并且在新砂浆损伤扩展,随着继续压缩,最终形成贯通的损伤致使试块破坏㊂再生砂粉混凝土试块破坏主要集中于骨料与新旧砂浆之间的黏结破坏,呈 正 与 反 相连八字形的 X 形式,这与试验现象基本一致㊂不同再生砂粉掺量下混凝土试块破坏情况见图9,不难看出,无论单掺还是复掺条件下,随着再生细骨料及再生微粉掺量的增加,混凝土试块的损伤裂纹都随之增多,并且裂纹扩展程度也更高㊂其主要原因是再生细骨料掺量越多,旧砂浆及旧界面过渡区(ITZ2)的含量也越多,导致混凝土试块强度下降,初始裂纹更多,损伤程度也更高;而再生微粉掺量越多,对水化反应的不利影响更大,骨料与新砂浆的结合能力更弱,导致混凝土试块裂纹损伤情况更加严重㊂4048㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷图8㊀再生砂粉混凝土细观损伤的演化过程Fig.8㊀Evolution process of micro-damage of recycled sand/powder concrete㊀第11期马㊀泉等:再生砂粉混凝土抗压强度与细观损伤研究4049图9㊀不同再生砂粉掺量下混凝土损伤破坏情况Fig.9㊀Damage situation of concrete under different recycled sand/powder content3㊀结㊀论1)本文基于Python语言对ABAQUS进行二次开发,通过算法建立了不同再生细骨料掺量下再生砂粉混凝土的三维细观模型,能够较好地反映再生砂粉混凝土的损伤破坏情况㊂2)基于抗压强度试验,再生砂粉混凝土的抗压强度随再生细骨料和再生微粉掺量的增加呈下降趋势,不论单掺情况还是复掺情况,再生细骨料对混凝土的力学性能的不利影响均更大㊂3)再生砂粉混凝土的抗压强度数值模拟结果与试验结果误差较小(基本在10%以内);试块破坏主要是黏结破坏,集中于骨料与新旧砂浆之间,整体破坏呈 X 形式,与试验现象基本一致;再生砂粉掺量越多,混凝土的弹性模量㊁峰值应力越小,延性越低,损伤扩展程度越高㊂参考文献[1]㊀肖建庄,李佳彬,孙振平,等.再生混凝土的抗压强度研究[J].同济大学学报(自然科学版),2004,32(12):1558-1561.XIAO J Z,LI J B,SUN Z P,et al.Study on compressive strength of recycled aggregate concrete[J].Journal of Tongji University(Natural Science),2004,32(12):1558-1561(in Chinese).[2]㊀肖建庄,范玉辉,林壮斌.再生细骨料混凝土抗压强度试验[J].建筑科学与工程学报,2011,28(4):26-29.XIAO J Z,FAN Y H,LIN Z B.Experiment on compressive strength of recycled fine aggregate concrete[J].Journal of Architecture and Civil Engineering,2011,28(4):26-29(in Chinese).[3]㊀陈立俊,李㊀滢,陈文浩.再生微粉与矿物掺合料对混凝土力学性能及微观结构的影响[J/OL].材料导报,2024(5):1-13[2023-08-07]./kcms/detail/50.1078.TB.20230316.1240.018.html.CHEN L Y,LI Y,CHEN W H.Influence of recycled micro-powder and mineral admixtures on the mechanical properties and microstructure of concrete[J/OL].Materials Reports,2024(5):1-13[2023-08-07]./kcms/detail/50.1078.TB.20230316.1240.018.html(in Chinese).[4]㊀姚泽良,祁亚伦,令狐恬晶,等.含砖再生混凝土细观损伤机理数值模拟研究[J].水电能源科学,2023,41(3):149-153.YAO Z L,QI Y L,LINGHU T J,et al.Numerical simulation study on meso-damage mechanism of recycled concrete with bricks[J].Water Resources and Power,2023,41(3):149-153(in Chinese).[5]㊀PENG Y J,LIU Y H,PU J W,et al.Application of base force element method to mesomechanics analysis for recycled aggregate concrete[J].Mathematical Problems in Engineering,2013,2013:1-8.[6]㊀PENG Y J,CHU H,PU J W.Numerical simulation of recycled concrete using convex aggregate model and base force element method[J].Advances in Materials Science and Engineering,2016,2016:1-10.[7]㊀国家市场监督管理总局,国家标准化管理委员会.建设用砂:GB/T14684 2022[S].北京:中国标准出版社,2022.National Administration for Market Regulation,National Standardization Management Committee.Construction sand:GB/T14684 2022[S].Beijing:China Standard Press,2022(in Chinese).[8]㊀国家市场监督管理总局,国家标准化管理委员会.建设用卵石㊁碎石:GB/T14685 2022[S].北京:中国标准出版社,2022.National Administration for Market Regulation,National Standardization Management Committee.Construction gravel and crushed stone:GB/T 14685 2022[S].Beijing:China Standard Press,2022(in Chinese).4050㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷[9]㊀国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.混凝土和砂浆用再生细骨料:GB/T25176 2010[S].北京:中国标准出版社,2011.General Administration of Quality Supervision,Inspection and Quarantine of the People s Republic of China,and the Standardization Administration of China.Recycled fine aggregate for concrete and mortar:GB/T25176 2010[S].Beijing:China Standard Press,2011(in Chinese).[10]㊀汪㊀奔,王㊀弘,张志强,等.基于网格生成的随机凹凸型混凝土骨料细观建模方法[J].计算力学学报,2017,34(5):591-596.WANG B,WANG H,ZHANG Z Q,et al.Mesoscopic modeling method of concrete aggregates with arbitrary shapes based on mesh generation[J].Chinese Journal of Computational Mechanics,2017,34(5):591-596(in Chinese).[11]㊀杜㊀敏,金㊀浏,李㊀冬,等.骨料粒径对混凝土劈拉性能及尺寸效应影响的细观数值研究[J].工程力学,2017,34(9):54-63.DU M,JIN L,LI D,et al.Mesoscopic simulation study of the influence of aggregate size on mechanical properties and specimen size effect of concrete subjected to splitting tensile loading[J].Engineering Mechanics,2017,34(9):54-63(in Chinese).[12]㊀张潞伟.含砖再生骨料混凝土抗压强度试验及数值模拟[D].西安:长安大学,2022.ZHANG L pressive strength test and numerical simulation of recycled aggregate concrete containing bricks[D].Xi an:Chang an University,2022(in Chinese).[13]㊀肖建庄,袁俊强,李㊀龙.模型再生混凝土单轴受压动态力学特性试验[J].建筑结构学报,2014,35(3):201-207.XIAO J Z,YUAN J Q,LI L.Experimental study on dynamic mechanical behavior of modeled recycled aggregate concrete under uniaxial compression[J].Journal of Building Structures,2014,35(3):201-207(in Chinese).[14]㊀刘㊀琼.再生混凝土破坏机理的试验研究和格构数值模拟[D].上海:同济大学,2010.LIU Q.Experimental study on failure mechanism of recycled concrete and lattice numerical simulation[D].Shanghai:Tongji University,2010 (in Chinese).[15]㊀中华人民共和国住房和城乡建设部.混凝土结构设计规范:GB50010 2010[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.China Academy of Building Research.Code for design of concrete structures:GB50010 2010[S].Beijing:China Architecture&Building Press,2011(in Chinese).[16]㊀中华人民共和国住房和城乡建设部.普通混凝土配合比设计规程:JGJ55 2011[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.China Academy of Building Research.Code for design of concrete mix proportion:JGJ55 2011[S].Beijing:China Architecture&Building Press,2011(in Chinese).[17]㊀中华人民共和国住房和城乡建设部,国家市场监督管理总局.混凝土物理力学性能试验方法标准:GB/T50081 2019[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.China Academy of Building Research,State Administration of Market Supervision.Standard test method for mechanical properties of concrete: GB/T50081 2019[S].Beijing:China Architecture&Building Press,2011(in Chinese).。
基于ABAQUS的型钢混凝土梁三维非线性分析
ＡＢ ＵＳ塑性损伤模型是 采用各 向同性 的弹性损 伤 、 ＡＱ 拉 伸和压缩塑性理论来表征 混凝土 的非弹性行 为。此模型假定
混 凝 土 材料 主要 因拉 伸 开 裂 和 压 缩 破 碎 而 破 坏 ， 之 对 应 的屈 与
服或破坏面的形成分别 由等效 塑性拉应 变和等效 塑性压应变 控制 ， 同时引入受拉 、 受压两个弹性刚度损伤变量来反映受拉 、 受压区｝凝 土进入软化段卸载时刚度的弱化 。 昆 损伤变量 的取值范 围从 ０ 表示无损 伤材料 ） １ 表示完 （ 至 （
关键词 ： Ｂ Ａ ＡＱＵＳ 混凝 土 损 伤 塑性 模 型 型 钢 混凝 土 梁 非线 性 分 析 中 图分 类 号 ： Ｕ３ ２ Ｔ ５ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ４－ １ ５２ １ 】 １ ０４ ３ １０ －６ ３ （０ １Ｏ 一Ｏ ５ —０
３ Ｄ ｎ ｎ ｉｅ ｒａ ａｙ ｉ ｏ ｏ ｔｅ ｅｎ ｏ ｃｄ ｃ ｎ ｒ ｔ ｅ ｍ ａ ｅ ｎ ＡＢＡ ～ ｏ ｌ ａ ｎ ｌｓｓ ｆｂ ｘ ｓｅ ｌ ｉｆ ｒｅ ｏ ｃｅｅｂ ａ ｂ ｓｄ ｏ ｎ ｒ ＱＵＳ
全损伤材 料 ） 。在 定 义 混 凝 土 开 裂 后 的 拉 伸 硬 化 性 能 时 ， Ａ ＡＱ 提 供 了 三种 定 义 凝 土 受 拉 软 化 性 能 的 方 法 ： 混 Ｂ ＵＳ 昆 ①
分析工具 ， 其塑性损伤模型可 以准确地对结构开始受荷 载直到
破坏的全过程进行分析 ， 获得不 同阶段的受力状态 、 变形等力
Ｋｅ ｗｏ ｄ ＡＢＡＱＵＳ Ｄａ ｇ ｄ ｐａ ｔ ｉ ｄ ｌ ｏ ｏ ｃｅｅ Ｂ ｘ ｓｅ ｌ ｅｎ ｏ ｃｄ ｃ ｎ ｒ ｔ ｅ ｍ Ｎｏ ｌ ｅ ｒａ ａｙ ｉ ｙ ｒ ｓ： ｍａ ｅ ｌｓｉ ｔ ｍｏ ｅ ｒｃ ｎ ｒｔ ｏ ｔｅ ｒｉｆｒ ｅ ｏ ｃｅｅｂ ａ ｃｙ ｆ ｎｉ ａ ｎ ｌｓｓ ｎ
基于ABAQUS的钢混凝土组合结构纤维梁模型的开发及应用
其次，详细介绍了在ABAQUS软件中建立钢混凝土组合结构纤维梁模型的步骤， 包括纤维单元的选择、模型的几何建模、物理参数的设置等。接着，列举了几 个具体应用场景，包括梁的静力分析、动力分析和极限承载力分析等。然后， 将该模型与传统的混凝土梁模型进行了对比分析，探讨了其优缺点和应用前景。 最后，总结了ABAQUS软件中钢混凝土组合结构纤维梁模型的开发和应用情况， 并提出了未来研究的方向和意义。
1、精确模拟结构细节：纤维梁单元能够精细地模拟钢-混凝土组合结构的梁截 面形状、配筋等细节，从而更准确地反映结构的实际受力情况。
2、考虑材料非线性：纤维梁单元能够考虑混凝土和钢材的非线性应力-应变关 系，从而更准确地模拟结构的弹塑性行为。
3、高效计算：纤维梁单元通过离散化结构细节，可以大大减少计算自由度， 提高计算效率。
2、计算效率高
钢混凝土组合结构纤维梁模型在计算过程中，只对关键部位进行精细模拟，其 他区域可适当简化。因此，能够在保证计算精度的提高计算效率。而传统混凝 土梁模型通常需要对整个结构进行精细建模，计算效率相对较低。
参考内容
采用纤维梁单元分析钢-混凝土 组合结构地震反应的应用
随着建筑行业的不断发展，钢-混凝土组合结构在各类工程中得到了广泛应用。 这种结构形式结合了钢结构和混凝土结构的优点，具有较高的承载能力和抗震 性能。然而，对于这种结构的抗震性能分析，传统的分析方法可能存在一定的 局限性。因此，采用更为精确的分析方法成为了研究的重要方向。其中，纤维 梁单元分析方法在钢-混凝土组合结构地震反应分析中具有广泛的应用前景。
3、极限承载力分析
通过有限元方法，可以分析钢混凝土组合结构纤维梁的极限承载力。在极限承 载力分析中，需要考虑材料失效、结构失稳等因素，评估结构的可靠性和安全 性。
基于ABAQUS的钢筋混凝土柱抗震数值模拟分析
第１８卷第６期２０２０年１２月水利与建筑工程学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ．１８Ｎｏ．６Ｄｅｃ．，２０２０ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－１１４４．２０２０．０６．０２５收稿日期：２０２０ ０８ ０９ 修稿日期：２０２０ ０９ ０１基金项目：国家自然科学基金青年项目（５１４０８２２３）；国家自然科学基金面上项目（５１６７９０９１；５１９７９１０９）作者简介：程学斌（１９９５—），男，江西上饶人，硕士研究生，研究方向为工程结构抗震。
Ｅ ｍａｉｌ：ｌｂｊｃｈｅｎｇ＠１６３．ｃｏｍ通讯作者：马 颖（１９８２—），女，河南郑州人，博士，硕士生导师，主要从事水工、桥梁等工程结构抗震研究工作。
Ｅ ｍａｉｌ：ｍａｙｉｎｇ１９８２０８＠１６３．ｃｏｍ基于ＡＢＡＱＵＳ的钢筋混凝土柱抗震数值模拟分析程学斌，马 颖，袁子淇（华北水利水电大学水利学院，河南郑州４５００４５）摘 要：为了研究ＡＢＡＱＵＳ软件中实体单元和纤维梁单元在不同破坏模式下（ＲＣ）柱滞回性能数值模拟的适用性，从美国ＰＥＥＲ数据库中收集了９根钢筋混凝土矩形截面柱的拟静力试验数据，柱试件分别发生了弯曲、弯剪或剪切不同模式的破坏。
在ＡＢＡＱＵＳ中分别建立柱试件的实体单元模型和纤维梁单元模型并进行往复荷载作用下ＲＣ柱滞回性能的数值模拟，将模拟结果与试验数据进行了对比分析。
结果表明：对于弯曲破坏ＲＣ柱，适合采用纤维梁单元模拟，而对于弯剪破坏和剪切破坏ＲＣ柱，基于实体单元的模拟结果与试验结果更为接近；纤维梁单元能够更准确地模拟ＲＣ柱滞回曲线的捏拢效应。
关键词：钢筋混凝土柱；ＡＢＡＱＵＳ；实体单元；纤维梁单元；滞回性能中图分类号：ＴＵ３７５．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—１１４４（２０２０）０６—０１４６—０７ＳｅｉｓｍｉｃＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＣｏｎｃｒｅｔｅＣｏｌｕｍｎｓＢａｓｅｄｏｎＡＢＡＱＵＳＣＨＥＮＧＸｕｅｂｉｎ，ＭＡＹｉｎｇ，ＹＵＡＮＺｉｑｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ，ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ，Ｈｅ’ｎａｎ４５００４５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏａｓｓｅｓｓｔｈｅａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙｏｆｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃｂｅｈａｖｉｏｒｏｆＲＣｃｏｌｕｍｎｓｗｉｔｈｓｏｌｉｄｅｌｅｍｅｎｔａｎｄｆｉｂｅｒｂｅａｍｅｌｅｍｅｎｔｉｎＡＢＡＱＵＳｓｏｆｔｗａｒｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｓ．Ｔｈｅｐｓｅｕｄｏ ｓｔａｔｉｃｔｅｓｔｄａｔａｏｆ９ｒｅ ｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎｃｏｌｕｍｎｓｗｅｒｅｃｏｌｌｅｃｔｅｄｆｒｏｍｔｈｅＰＥＥＲｄａｔａｂａｓｅｉｎｔｈｅＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓ．Ｔｈｅｃｏｌｕｍｎｓｐｅｃｉｍｅｎｓｗｅｒｅｆａｉｌｅｄｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｏｄｅｓｏｆｆｌｅｘｕｒｅ，ｆｌｅｘｕｒｅ ｓｈｅａｒｏｒｓｈｅａｒ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｏｒｃｅｔｅｓｔｄａｔａ，ｔｈｅｓｏｌｉｄｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌａｎｄｔｈｅｆｉｂｅｒｂｅａｍｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎｗｅｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｉｎＡＢＡＱＵＳｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅＲＣｃｏｌｕｍｎｕｎｄｅｒｔｈｅｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇｌｏａｄ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｅｓｔｄａｔａ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｆｏｒｆｌｅｘｕｒｅｆａｉｌｕｒｅＲＣｃｏｌｕｍｎｓ，ｆｉｂｅｒｂｅａｍｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｓｓｕｉｔａｂｌｅ，ｗｈｉｌｅｆｏｒｆｌｅｘｕｒｅ ｓｈｅａｒｆａｉｌｕｒｅａｎｄｓｈｅａｒｆａｉｌｕｒｅＲＣｃｏｌｕｍｎｓ，ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｂａｓｅｄｏｎｓｏｌｉｄｅｌｅｍｅｎｔｓａｒｅｃｌｏｓｅｒｔｏｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓ，ａｎｄｆｉｂｅｒｂｅａｍｅｌｅｍｅｎｔｃａｎｍｏｒｅａｃｃｕｒａｔｅｌｙｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｐｉｎｃｈｅｆｆｅｃｔｏｆＲＣｃｏｌｕｍｎｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃｃｕｒｖｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｌｕｍｎｓ；ＡＢＡＱＵＳ；ｓｏｌｉｄｅｌｅｍｅｎｔ；ｆｉｂｅｒｂｅａｍｅｌｅｍｅｎｔ；ｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ 在地震作用下，钢筋混凝土柱作为水工、桥梁、房屋等结构的主要竖向承重与水平抗力构件，承载着整个结构的竖向荷载和由地震引起的水平荷载。
三维混凝土随机分布模型的建立
3.2三维混凝土随机分布模型的建立由上面得到的骨料数目,将试件骨料大石、中石、小石简化为三种随机分布、尺寸不同的球体。
确定一个骨料模型需要有四个变量,即:球体的直径(区分球体的大小),球心坐标值(X 、Y 、Z)。
为了模拟出与实际骨料分布相似的数学模型,这些变量要满足如下要求:①球体必须在试样轮廓所界定的空间内呈随机分布,由其球心坐标值来定其位置;②球心坐标值(X 、Y 、Z)由一定范围内的随机数分别赋予,从而保证球体在空间分布的随机性;③这些球心坐标值(X 、Y 、Z)必须满足两两之间的距离大于两个球体的半径与两倍界面厚度δ之和,以此来保证产生出来的球体相互独立,不出现位置重叠或交叉如图 3.4;④球心坐标值(X 、Y 、Z)到试样各个表面的距离大于其半径与界面厚度δ之和,以保证产生出来的球体均在试样所定范围之内。
由以上要求,对大、中、小球的空间定位方法采用循环比较法,建立数学模型的方法如下:(1)确定球体的空间分布范围即试样的空间位置,使所有变量在该空间内产生;(2)确定第一个大球体的空间位置,产生其坐标的三个随机变量,使其到试样各面的距离大于球的半径加界面厚度δ;(3)产生新的一组三个随机变量,使其到第一个球体的距离大于两球的半径与两倍界面厚度δ之和,到试样各面的距离大于球的半径加界面厚度δ;(4)产生第三组三个随机变量,使其到前两个球体的距离大于两球的半径与两倍界面厚度δ之和,到试样各面的距离大于球的半径加界面厚度δ。
依此类推,当大球的数目达到要求后,再进行中球的定位,接着是小球,其定位过程与大球相同,不过距离比较的条件有所不同,当中球与大球位置比较时,它们球心之间的距离应大于大球的半径与中球的半径之和加两倍界面厚度民而且比较的次数也随着产生球体的数目增多而增加。
这样,通过循环比较将试样中所有骨料的位置确定下来。
选取A=29,C=217,M=2产生随机变量的算式为:()()1211-i i 2mod 21729+=X X （3.1）由此算式产生出所有的随机变量，将产生的随机变量通过编写的ANSYS命令流读入,会得到混凝土骨料三维随机分布的几何模型,如下图图3.3混凝土骨料三维随机分布的几何模型Fig3.3Concrete aggregate three-dimensional geometric model of therandom distribution此种方法对于处理二维问题比较好,但对于三维问题,要分别对骨料、砂浆及者的粘结面进行有限元网格剖分是十分困难的,是目前微机无法实现的计算工作量。
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基于Python-Abaqus的混凝土三维细观随机模型的建立
吴宇航;肖映雄;徐亚飞
【期刊名称】《计算力学学报》
【年(卷),期】2022(39)5
【摘要】混凝土在细观层次上是由粗骨料、砂浆及两者间过渡区(界面层)组成的三相复合材料,建立一个能反映实际骨料级配、含量及形态的随机骨料模型是进行混
凝土细观力学数值模拟的前提。
本文通过编写Python脚本实现了Abaqus的二次开发,获得了含球形、椭球形(卵石)及凹凸型多面体(碎石)骨料并考虑了界面层的三维混凝土细观随机模型。
结果表明,在三级配下可投放球形骨料的体分比可超过55%,对椭球和多面体骨料形状的模拟也较为真实。
同时,提出了一种可提高骨料体积含量的布尔切割入侵判别法,并成功地对椭球骨料和多面体骨料进行了投放试验。
由于程序已将粗骨料、砂浆和界面层自动分离,在进行网格剖分时可避免复杂的单
元属性判别,得到的网格剖分满足粗骨料、砂浆及界面层网格协调性要求。
最后,利
用建立的几何模型进行了单轴压缩静力学数值模拟,进一步验证了混凝土细观随机
模型的可靠性。
【总页数】8页(P566-573)
【作者】吴宇航;肖映雄;徐亚飞
【作者单位】湘潭大学土木工程与力学学院
【正文语种】中文
【中图分类】O34;O39
【相关文献】
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