ABAQUS二维混凝土细观模型的数字化重建技术(一)几何重构

在基于ABAQUS开展混凝土细观力学模拟时,数字化重建技术是构建能够真实反映混凝土内部多相结构(如骨料、砂浆、界面过渡区ITZ及孔隙等)的关键前置步骤。混凝土细观模型研究中主流的数字化重建方法主要分为以下两类:一是几何重构法,从CT或照片图像中提取真实骨料轮廓,通过AutoCAD等软件重建混凝土骨料、ITZ几何模型,再导入ABAQUS进行网格划分;二是图像映射法,将混凝土高分辨率扫描图像通过预处理将不同材料进行颜色区分后,通过ABAQUS插件直接转化为有限元网格单元,并依据图像颜色差异划分材料相。本案例介绍混凝土细观模型的几何重构法,图像映射法将在下篇文章中进行详细说明。

首先对混凝土细观的扫描图像进行预处理,明确区分骨料(黑色)与水泥砂浆材料(白色),然后通过批量图像边界软件提取界面过渡区(红色)。在进行边界提取时,提取维度选择二维,边界附着选择黑色(即附着在骨料上),边界颜色可设置为白色,方便下一步的CAD导入,本案例通过二次加厚处理两次,将过渡区厚度设置为三个像素宽度。

采用CAD图像导入插件分别导入边界提取前后的图片,形成ITZ外边界及骨料边界的CAD线条图。插件导入CAD后的模型尺寸与图片分辨率一致,需在CAD内进行模型缩放以达到实际的模型尺寸,例如图片分辨率是500×500 px,实际的模型尺寸为150×150 mm,则需要进行的缩放比例为:150/500。

CAD模型处理完成后,将骨料、ITZ、砂浆图分别另存为dxf格式文件,并以草图的形式导入到ABAQUS内,然后在ABAQUS中使用导入的草图建立相应的部件。

将各部件装配,并采用EasyCDP Mortar&ITZ插件设置砂浆及ITZ的混凝土损伤塑性材料参数。

设置分析步、载荷、对模型进行网格划分后建立作业,并在提交作业前采用CDED插件设置混凝土开裂。

提交作业完成模拟分析。

后续也可通过SpectrumColor插件对云图进行美化处理,实现更专业的结果云图。

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