ANSYS/Abaqus纤维混凝土细观骨料模型构建与网格划分技巧

关于SHPB数值模拟的研究已较为深入，模拟优势主要在于可通过修正参数使模拟结果与实际一致，以此为基础对材料的动态破坏过程及更为复杂的工况进行模拟研究，主要研究对象主要分为混凝土、岩石、金属、陶瓷等材料，并通过LS-DYNA中的RHT、HJC、JC、K&C、CSC等材料模型来模拟上述材料在中高、高应变率荷载作用下裂纹扩展及损伤规律，试件往往采用的是均质模型。

近年来，关于非均质模型的研究已取得一些进展：

1.《Study of concrete damage mechanism under hydrostatic pressure by numerical simulations》一文中建立了考虑骨料、砂浆的两相混凝土模型，并采用“背景投影法（网格映射法）”建立了六面体非均质混凝土有限元模型。

2.《3D mesoscopic investigation of the specimen aspect-ratio effect on the compressive behavior of coral aggregate concrete》一文中建立了考虑界面层（ITZ）、骨料、砂浆的三相混凝土模型，并采用“背景投影法（网格映射法）”建立了六面体非均质混凝土有限元模型。

3.《基于三维随机细观模型的珊瑚混凝土力学性能模拟》一文中建立了考虑界面层（ITZ）、骨料、砂浆的三相混凝土模型，并采用“背景投影法（网格映射法）”建立了六面体非均质混凝土有限元模型。

相比均质有限元模型，非均质有限元模型的仿真结果可信度更高，仿真效果更好，与实际破坏情况更为吻合，该方法具有广泛的运用前景，可用于静态力学试验、动态力学试验、爆破领域、建筑结构领域等。

在有限元分析中，网格质量的好坏极大程度影响模拟的收敛性，尤其对于显式动态分析案例中，为了避免网格畸变导致计算时间长、计算结果不收敛等问题，大多采用六面体网格进行计算。因此，本文对非均质纤维混凝土模型分别进行了四面体网格、六面体网格划分的对比，并对该类网格划分问题的步骤进行阐述。

步骤一：采用Python、Fortran、APDL等编程语言生成随机骨料及纤维，判定骨料与骨料之间，纤维与纤维之间，纤维与骨料之间互不侵入。基于此，生成骨料半径、中心坐标，纤维起始点和终止点的坐标。

步骤二：将坐标信息导入ANSYS或ABAQUS中，结合软件自带建模语言进行建模及网格划分，四面体网格可通过hypermesh进行精细网格划分，也可采用自编网格投影法进行六面体网格划分，不同方法均存在利弊。六面体网格计算时间大量缩短，但骨料形状为类球体，是否能投影为球体与单元网格尺寸大小有关，四面体网格计算时间较长，划分形状与球体基本一致。

步骤三：进行材料、单元幅值，开展不同有限元分析。

综合该段时间研究，对该类模型问题进行了总结，笔者认为不同代码功能不一，运算效率不一，难点主要在不同软件之间的交互衔接，而不单单是细观模型的生成，理解思路可发现，不同编程语言建立的模型都可通过唯一方式进行处理，处理出的模型及网格又可无损导入ls-dyna，abaqus，flac3d，APDL等有限元软件中。为使所有代码都可发挥因有的功能。本贴提供已跑通源码及网格映射代码，目的为了节约初学者对于该课题研究的时间成本，也供大家举一反三！

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