POLARIS_MesoConcrete V2.1版本更新说明

        复合材料细观模型的建立和分析已经非常成熟,存在大量的相关文献,有二维、三维的、以及各式各样的骨料形式,如二维:圆形、椭圆形、随机多边形等等;三维:球形、椭球形、随机凹凸多边形等等。建立的有限元模型的类型主要分为两种:网格映射的骨料模型、几何边界的骨料模型。

POLARIS_MesoConcrete V2.1版本更新说明的图1

        两种建模方法的侧重点不一样,各具特色。其中网格映射是在已有的网格基础上进行分区定义材料属性,无需修改模型,形成的模型较规整;而几何边界划分形成的骨料形状则是精确描述骨料形状,并可以通过边界嵌入Cohesive单元层模拟界面特征,但网格划分过程中,容易出现形状不佳的网格,特别对于三维模型,大多数情况下只能采用四面体网格进行划分。通常根据研究的内容确定仿真最终效果,再选择合适的仿真建模方法。

        为了实现骨料的生成和随机投放生成有限元分析模型,往往需要耗费大量的精力进行编程,而采用的语言以Matlab为主,也是在校研究生比较熟悉的编程工具,我们之前也编写过Matlab的骨料嵌入程序,使用过后主要存在一下弊端:

  • 形成的结构形式简单,通常为圆形或方形边界形式为主,对于复杂结构适用性差;

  • 骨料投放速度有限,特别对于骨料占比较高的模型生成,所需试错时间较多;

  • 生成的数据无法直接形成模型,需要通过其他软件或二次开发生成有限元模型。

        为了解决这一系列问题,在ABAQUS软件的基础上,开发了POLARIS_MesoConcrete插件,用于生成复合材料细观模型。

POLARIS_MesoConcrete V2.1版本更新说明的图2                                                          【功能简介】

        这是一款Abaqus插件,由星辰北极星团队开发,用于生成二维、三维复合材料细观模型,是一款前处理插件。可实现任意几何外形中嵌入骨料孔隙,也可以生成二维矩形或三维长方体周期性细观模型;支持的骨料形式多样,其中二维支持:圆、椭圆、正多边形、随机多边形;三维支持:球、椭球、随机12和24面体。插件使用简单,并可同时生成网格拓扑骨料几何刨分骨料的有限元模型,避免繁琐的建模过程,大大节约使用者的时间,提高工作效率。

                                                          【特征解读】

1)支持任意几何外形:对于二维平面问题,只能在plane中嵌入骨料;对于三维模型,只能在solid实体部件中嵌入骨料。而任意几何外形,则表示部件的性质可以任意,只需提前进行网格刨分。

2)支持部件全局或局部区域嵌入骨料,这样可以满足一些钢筋、锚固件等位置上不能嵌入骨料的需求。

3)周期性细观模型更贴合单胞分析需求,且能实现更高骨料含量模型创建,避免传统方式的模型边界存在一层纯砂浆区域。

4)支持骨料和孔隙:复合材料搅拌过程中会卷入空气而无法排除,因此,二维中支持骨料相同几何类型的孔隙;三维中支持球形和椭球形孔隙。

5)二维支持骨料几何类型:圆、椭圆、正多边形、随机多边形;其中多边形的边数量可随着面积增大而增大;随机多边形是在正多边形的基础上,通过节点径向和环向波动生成的随机凹凸多边形。

6)三维支持骨料几何类型:球、椭球、随机12和24面体;其中随机12和24面体是在椭球形多面体的基础上,通过节点在径向和周向波动生成的随机凹凸多面体。

7)在原有模型基础上同时生成网格拓扑骨料和几何刨分骨料的有限元模型,拓扑骨料是在原有网格基础上,通过单元分组定义材料属性,实现骨料、浆体以及界面单元的区分;

8)支持富勒公式的二维、三维骨料级配、以及泰波三维骨料级配

9)如果需要更多级配或骨料形式,可以提供计算公式,进行定制化开发

                                                              【插件更新】

【V2.1】2020年07月05日发布

更新内容:

  1. 完善:删除原三维48面体骨料,改为12面体和24面体骨料,降低模型复杂度,提高生成率;

  2. 完善:优化嵌入算法,极大降低骨料相互嵌入概率,同时提升嵌入速率;

  3. 新增:二维正多边形骨料、随机多边形骨料以及三维多面体骨料,增加椭化系数;

  4. 新增:建模的区域类型增加:二维矩形(Box_2D)和三维长方体(Box_3D)两种方式,并可以定义周期性几何条件,且当选择二维矩形时,可拉伸为三维平板模型;

  5. 新增:级配表格中新增骨料类型定义,可实现不同级配骨料定义不同形状骨料;

  6. 新增:骨料间隙定义

  7. 新增:级配定义的查看和存储功能。

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【V1.2】2018年09月29日发布

更新内容:

  1. 修复:当选择离散体网格时,提示用户只能生成网格映射骨料模型,不能生成几何刨分骨料模型;

  2. 修复:6.13以下版本三维模型生成出错Bug;

  3. 修复:部件名字容易超出38个字符,采用简写;

  4. 完善:优化骨料位置确定后单元信息算法更新;

  5. 完善:模型单元数量超出500000时给定提示信息;

  6. 完善:界面重新设计,合并二维和三维操作界面;

  7. 完善:骨料生成过程相邻节点之间的半径变化范围控制在一定范围以内;

  8. 新增:记录用户上一次输入的数据;

  9. 新增:增加部件类型选择,可单独生成映射网格或几何刨分模型;

  10. 新增:增加像素void网格删除选项,删除后将变成孤立网格体;

  11. 新增:增加骨料分组功能。

【V1.1】2017年10月13日首版发布

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Video Introduction按钮:点击后可以跳转到视频介绍链接,请在联网状态下点击,否则无法观看。

Documentation按钮:点击后可以在网页状态下,打开帮助文档。

Regions区块:选择嵌入骨料的整个部件Part All或者部件上的Set集区域Part Set,注意部件必须是二维的,Set集内需要包含面信息。

Aggregate区块:定义骨料的类型和对应的参数;

Abaqus混凝土细观骨料嵌入-POLARIS_MesoConcrete V2.1使用说明_页面_07.png


                                                        【骨料级配】

POLARIS_MesoConcreteGrading骨料级配数据计算插件支持三种计算方法,分别为:

  • Fuller_3D,富勒级配,计算三维骨料级配,P_k为总的骨料含量。

  • Fuller_2D,富勒级配+瓦拉文,计算二维骨料级配。

  • Taibal_3D,泰波级配,计算三维骨料级配,n为指数型系数,通常大于0.3,小于0.7

                                                        【参考文献】

二维随机多边形算法可参考:汪奔《基于网格生成的随机凹凸型混凝土骨料细观建模方法》计算力学学报

三维随机多边形算法可参考:汪奔《三维随机凹凸型混凝土骨料细观建模方法研究》应用力学学报


                                                        【定制开发】

定制骨料类型:虽然已经提供了足够的二维和三维的骨料类型,可以满足大多数复合材料细观结构的分析需求,但不排除特殊骨料生成算法或特定几何形状的骨料,我们都可为您提供定制化解决方案。

定制级配公式:如果您有特殊级配计算公式是插件目前还没有的,只需要给定计算公式,我们将实现,并集成到插件当中。

其它定制开发需求:如果您有其他的应用需求,同样可以和我们联系,进行合作开发。


                                                        【案例演示】

二维方形试件嵌入随机多边形骨料

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POLARIS_MesoConcrete V2.1版本更新说明的图13

二维周期性骨料模型示例
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二维任意多边形嵌入随机多边形骨料

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二维五角形嵌入随机多边形骨料

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三维单根钢筋模型嵌入随机多边形骨料

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三维周期性骨料模型示例

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二维平板拉伸模型示例

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【星辰插件】合集.jpg


混凝土细观周期性骨料ABAQUSABAQUS二次开发插件
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