COMSOL混凝土细观3D模型-含界面过渡区的多面体骨料密堆积 原创

混凝土的宏观力学性能主要受其细观结构控制，其中骨料与水泥基体间的界面过渡区（ITZ）作为薄弱相，显著影响材料的力学行为与耐久性。本文基于COMSOL Multiphysics有限元软件，构建含ITZ的多面体骨料密堆积三维细观模型，有效表征混凝土的非均质特性，准确反映骨料形态、分布及界面行为对整体性能的影响机制，为揭示混凝土损伤演化规律、优化配合比设计及提升结构耐久性提供理论支撑。

本研究采用CAD多面体&过渡区密堆积3D插件生成混凝土三维细观几何模型。模型中骨料按粒径划分为三个组别，并通过堆积算法实现高填充率的随机密堆积排布，同时在每颗骨料外围自动生成可设置厚度的ITZ层。插件分别对不同粒径范围的骨料、对应的ITZ以及水泥砂浆基体分图层绘制，便于后续材料赋值与处理分析。

利用AutoCAD软件将骨料、ITZ及水泥砂浆三类几何部件分别导出为IGES格式文件。在COMSOL中通过“几何-导入”功能依次导入各IGES文件，并在几何中设置长度单位，形成装配以构建完整的混凝土三维细观实体模型。

在COMSOL中分别为骨料、ITZ和水泥砂浆指定材料属性。

采用四面体网格对模型进行网格划分，单元大小设置为细化。