ABAQUS卵石混凝土細觀模型立方體試件單軸受壓破壞模擬

基于ABAQUS建立含卵石骨料、界面過渡區(ITZ)和水泥砂漿三組分的混凝土細觀有限元模型,并賦予混凝土損傷塑性(CDP)本構,可對150mm立方體試件進行單軸受壓全過程模擬。

ABAQUS卵石混凝土細觀模型立方體試件單軸受壓破壞模擬的圖1

該模型的意義在于突破了傳統混凝土有限元模擬中的均質假定,真實反映ITZ這一薄弱環節的損傷起始與演化,直觀揭示骨料—砂漿相互作用對宏觀抗壓強度、裂紋擴展路徑及破壞形態的影響機理。為定量評估骨料級配、界面屬性等細觀參數對宏觀力學性能的控制作用提供了高效、低成本的數值試驗手段,有助于深化混凝土非均質破壞理論并指導材料優化設計。

ABAQUS卵石混凝土細觀模型立方體試件單軸受壓破壞模擬的圖2

卵石混凝土細觀模型進行二維簡化,并依托CAD參數化建模插件實現模型的參數化生成,采用CAD二維圖形Voronoi劃分 V3.0版本,通過曲邊晶粒建立卵石骨料及ITZ草圖。

ABAQUS卵石混凝土細觀模型立方體試件單軸受壓破壞模擬的圖3

在AutoCAD內將建立的卵石骨料、ITZ、水泥砂漿分別建立對應的面域,并分別導出為iges格式文件。

ABAQUS卵石混凝土細觀模型立方體試件單軸受壓破壞模擬的圖4

在ABAQUS中將卵石混凝土細觀部件分別導入,并通過Easy CDP Mortar&ITZ插件設置混凝土損傷塑性材料參數,注意由于卵石混凝土細觀模型采用的是2D簡化后的模型,在創建材料截面時類型應選取殼,厚度設置為150mm,以符合規范中的混凝土試塊標準尺寸要求。

ABAQUS卵石混凝土細觀模型立方體試件單軸受壓破壞模擬的圖5

卵石混凝土細觀單軸受壓模擬中只考慮水泥砂漿及界面過渡區組分的損傷開裂,不考慮卵石材料的破壞,因此三組分材料參數設置如下。

ABAQUS卵石混凝土細觀模型立方體試件單軸受壓破壞模擬的圖6

試驗方法對混凝土的立方體試件單軸受壓破壞模式有較大影響,試件單軸受壓時,不涂潤滑劑,墊板摩擦力約束橫向變形,產生“環箍效應”,破壞呈對頂角錐,強度較高;涂潤滑劑,摩擦力減小,無約束,產生豎向裂縫,強度較低。我國標準試驗方法為不涂潤滑劑。

ABAQUS卵石混凝土細觀模型立方體試件單軸受壓破壞模擬的圖7

在ABAQUS中可通過設置不同接觸條件來模擬兩種試驗方法,本案例為了簡化模型,未設置墊板,故采用不同邊界條件來對兩種試驗方法進行近似模擬。

ABAQUS卵石混凝土細觀模型立方體試件單軸受壓破壞模擬的圖8

進行卵石混凝土細觀模型的網格劃分,單元尺寸應小于骨料間隙及界面過渡區厚度中的較小值。

ABAQUS卵石混凝土細觀模型立方體試件單軸受壓破壞模擬的圖9

提交作業完成模擬并查看兩種試驗條件下的卵石混凝土細觀模型損傷破壞結果。

ABAQUS卵石混凝土細觀模型立方體試件單軸受壓破壞模擬的圖10

可采用SpectrumColor插件對損傷云圖的顏色進行一鍵調整,美化出圖。

ABAQUS卵石混凝土細觀模型立方體試件單軸受壓破壞模擬的圖11
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