基于Python-Abaqus的混凝土三维细观随机模型的建立

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。     

基于实体造型的三维有限元网格自动剖分

本文叙述了用八叉树法对三维实体进行有限元网络自动剖分算法的设计和实现。本文的算法对传统的八叉树法进行了一系列的改进，包括新型数据结构的建立，对八叉树结点属性判断算法的改进，边界结点体处理方法的改进等。使得本文的算法既保持了传统算法中自动化程度高、层次结构分明、适于再进行网格加密等特点，又克服了其所需存贮空间大、执行速度慢、边界处理复杂，边界单元形状质量不好等缺点，使算法的实现取得了令人满意的结果。     

改进的栅格法有限元网格剖分

提出一种改进的栅格法网格剖分算法,该算法综合了栅榕法和Delaunay算法的优点,生成了四边形和三角形混合单元,保证了整体性能与局部性态最优,满足汽车覆盖件冲压成形模拟软件对有限元网格质量的需求.实践证明,本文提出的改进的栅格法网格剖分算法可行有效,生成网格的质量高,程序容易实现.该算法已经成功集成到商业化冲压成形模拟软件KMAS中.     

基于实体造型的三维有限元网格自动剖分

本文叙述了用八叉树法对三维实体进行有限元网格自动剖分算法的设计和实现。本文的算法对传统的八叉树法进行了一系列的改进,包括新型数据结构的建立,对八叉树结点属性判断算法的改进,边界结点体处理方法的改进等。使得本文的算法既保持了传统算法中自动化程度高、层次结构分明、适于再进行网格加密等特点,又克服了其所需存贮空间大、执行速度慢、边界处理复杂、边界单元形状质量不好等缺点,使算法的实现取得了令人满意的结果     

多面体骨料大体积混凝土三维细观模型生成

将混凝土视为由粗骨料、砂浆质以及两者之间的界面组成的三相复合材料,用细观方法研究混凝土特性,提出了新的随机算法并生成三维细观有限元模型.这种方法基于Mote Carlo随机样本原理,由一个给定的骨料级配随机生成多面体骨料颗粒,按照互不相交原则逐一投放到混凝土模型试件中.将判断骨料是否互不相交转化为判断一个线性规划问题是否有解,能有效地提高模型骨料含量率及模型生成速度.文中提出的所有算法在MATLAB中都易实现,与COMSOL软件相结合能更高效地完成有限元网格剖分.计算实例表明,对于骨料含量高的大体积三四级配混凝土,这种方法能满足数值建模的需要.     

基于网格生成的随机凹凸型混凝土骨料细观建模方法

基于目前混凝土细观数值分析多采用二维模型,提出了一种基于网格预先生成的二维随机凹凸型骨料的混凝土细观建模方法。该方法利用已生成的网格状态进行骨料投放,有效解决了在细观三相介质中的网格质量问题。采用随机凹凸型骨料使骨料模型更加接近真实形态,避免了该方法对骨料形貌描述不准确的问题。该方法可保证投放的随机性以及级配分布的合理性,二维投放骨料含量可达75%。最后,采用混凝土损伤塑性模型模拟了混凝土保护层锈胀开裂的细观断裂破坏过程,分析了混凝土裂纹萌生、扩展过程及破坏形态,数值结果与实验结果吻合良好。     

混凝土三维参数化骨料模型的创建方法

在混凝土细观结构试件的模拟中,为了降低骨料之间的相互排斥性,缩小骨料之间的空隙、提高骨料的含量、加快试件的创建速度,提出混凝土三维参数化骨料模型的创建方法.该方法充分利用骨料的参数方程,给出了骨料内外的判别方法,以及点到骨料的距离的快速计算方法和误差估计,可以有效地控制骨料之间的空隙,从而提高试件中骨料的含量.实验表明这是一个有效的方法,可以按二级配生成含不规则骨料体积达55%以上的试件,完全达到了实际混凝土的骨料含量要求,为对混凝土进行细观力学分析提供了创建数值模型的方法.     

三维随机凹凸型混凝土骨料细观建模方法研究

为了提高混凝土细观力学中数值模拟预处理的要求,提出了一种网格预先生成的三维随机凹凸型混凝土骨料建模方法.该方法利用已生成的网格状态进行骨料投放,有效解决了在细观三相介质中网格质量问题.采用随机凹凸型骨料使骨料模型更加接近真实形态,避免了该方法对骨料形貌描述不准确.同时,提出一种四面体分割法来判断空间三维骨料与单元节点的位置关系,进行细观三相介质单元判断,该方法可保证投放的随机性以及级配分布的合理性,三维投放骨料含量可达到65％.采用本文提出的预处理方法,结合混凝土塑性损伤模型,分析了钢筋锈蚀引起的保护层开裂破坏过程,结果表明:受随机骨料的影响,顺筋裂纹的产生具有不确定性.     

基于随机骨料模型的EPS混凝土细观力学特性分析

利用有限元分析软件,建立基于随机分布的EPS混凝土细观力学模型.对EPS混凝土的受压损伤破坏过程进行数值模拟,分析EPS颗粒面积占有率、排列方式、形状对EPS混凝土力学性能的影响.结果表明:当EPS颗粒面积占有率较小时,EPS混凝土的破坏表现出明显的脆性破坏,随面积占有率的增加,EPS混凝土破坏逐渐由脆性破坏转化为延性破坏;EPS颗粒含量较低时,规则分布与随机分布对混凝土应力-应变关系影响较小;随着EPS颗粒面积占有率的增加,规则分布较随机分布具有更大残余应力;相同面积占有率下,规则分布较随机分布脆性指数更小,规则分布表现出更好的延性;当EPS颗粒形状为三角形时,EPS混凝土应力最大延性最好,正方形时应力最小延性最差,形状为圆形和五角形时,EPS混凝土应力-应变关系与脆性指数相接近.     

细观混凝土数值模型对比分析研究

从骨料的随机分布考虑,假定骨料为球形,分别模拟界面层为实体单元和接触面单元,建立了随机骨料分布模型和随机骨料接触面模型;基于CT图像,应用MATLAB和MIMICS软件,建立了不同特点的混凝土三维重建模型,对比分析以上模型的优缺点,从CT图像的CT数考虑,建立包含混凝土骨料的形状、级配、孔洞等的重建模型,该模型更加接近于真实的混凝土试件,为混凝土的细观数值模型研究提供了一条全新的研究思路,具有一定参考价值.     

平面区域四边形网格自动生成技术

本文分析和综述了四边形网格自动生成的各种算法,给出了三角形网格向四边形网格转换的局部算法,以及有FCT思想直接生成四边形和三角形网格算法。详细分析了此法之下生成网格的几何拓朴性质,最后给出实例验证了算法的有效性。     

脆性材料破坏模拟的网格生成算法

脆性材料的破坏过程具有随机性,当前的网格生成算法没有充分考虑脆性材料破坏时裂纹扩展和碎块生成的随机性。在Persson网格生成算法与Delaunay随机网格剖分理论基础上,提出了一种可根据模拟需要动态控制网格品质的网格生成算法。通过对随机分布点的Delauna三角化,生成初始网格,然后将网格体系比拟为桁架结构,网格节点即为桁架节点。桁架节点在虚拟力作用下可动态调整位置,并最终达到整个体系受力平衡。对Persson 算法中的尺寸分布函数和收敛条件进行了修正,从而提高了收敛速度,并适用于任意形状对象的网格剖分。 基于VC++平台开发了算法程序。通过实例对算法进行了验证,表明算法能够满足脆性材料破碎模拟的需要。     

混凝土三维细观接触面模型数值模拟与CT试验验证

对混凝土三维随机骨料模型进行了改进,在骨料和砂浆之间加入了\"面-面接触单元\"模拟两者的接触特性,编制了相应的命令程序,称新模型为混凝土接触面模型.采用双折线损伤演化模型进行计算,对数值模拟结果进行了分析研究.从混凝土破坏过程图和荷载-位移曲线图两方面与CT试验结果进行了比较,表明试件破坏时裂纹的萌生、扩展过程与CT试验...     

三维六面体有限元网格自动划分中的一种单元转换优化算法

本文采用十节点曲边四面体转换为六面体网格,并采用非线性约束优化算法取Ｌａｐｌａｃｉａｎ光滑处理算法有效地提高六面体单元的质量,实现了对任意实体的六面体网格自动划分。     

骨料含量和试件尺寸对混凝土单轴受压细观性能影响

为了研究粗骨料含量对混凝土单轴受压性能及尺寸效应的影响,通过编写Python脚本在Abaqus中建立二维混凝土随机骨料模型.该模型涵盖了骨料、砂浆和界面过渡区三相混凝土细观结构,使得模型更加接近真实混凝土结构;通过设置骨料含量和模型尺寸这两个变量,研究了其对模型力学性能的影响.研究结果表明,在同一试件尺寸下,随着骨料含量的增加,混凝土损伤破坏渐趋严重,弹性模量略有增大,抗压强度呈下降趋势;相同骨料含量下混凝土的尺寸效应明显,随着试件尺寸的增加,细观非均质性增强,导致混凝土抗压强度降低,损伤破坏现象更趋明显.分析尺寸效应对模型的影响规律,为实际情况下缩尺模型的性能预测提供参考.     

一种三维表面网格自动生成方法

提出了一种改进的区域分解法,用于三维表面三角形和四边形网格的自动生成。基于区域分解法的三维表面网格生成的主要技术包括三维表面三角形面片拓扑关系的建立,表面三角形面片的分组及特征面的确定,空间曲线上网格节点的生成,区域内外边界的合并,最佳剖分面的确定,以及网格的光滑处理等。本文对这些技术进行了详细的介绍。本文提出的表面网格生成方法具有算法可靠、生成网格效率高以及生成网格质量高等优点。最后给出三维表面网格生成实例验证了本文提出方法的可靠性。