混凝土细观案例分析

钢筋膨胀致保护层脱离的三种仿真方法

混凝土细观有限元模型描述骨料有两种方法：网格映射骨料和几何刨分骨料；而描述非均质材料断裂问题的方法这里也提到两种：基于材料的塑性损伤模型，通过损伤带形式描述裂缝；基于内聚力单元的单元删除描述裂缝。本文则采用其中的三种组合方法对主题进行研究：

基于网格映射骨料+混凝土塑性损伤（CDP）模型的细观仿真方法； 基于几何刨分骨料+混凝土塑性损伤（CDP）模型的细观仿真方法； 基于几何刨分骨料+内聚力单元的细观仿真方法；

1 问题描述

首先来看一下我们研究的问题，模型如下：选取整体结构中的局部区域进行研究，蓝色部分为混凝土，需要嵌入多边形骨料；黄色部分为φ16钢筋，具体尺寸参考下面的示意图。

材料参数设置如下，其中CDP塑性和损伤参数均采用POLARIS_CDP插件生成：

材料 钢筋 骨料 砂浆 界面 弹性模量/GPa 200 80 30 22 泊松比 0.3 0.2 0.2 0.2 抗拉强度/MPa 300 2.85 1.84 抗压强度/MPa 30.45 15.22 源自：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》

2 案例演示

这个案例总结以往混凝土细观仿真的些许经验，同时应用到两款插件POLARIS_MesoConcrete和POLARIS_InsertCohElem插件。希望对细观研究的朋友有所帮助。

2.1 网格映射骨料+CDP模型

模型特征：网格无需重新划分，在原有网格的基础上，判断网格位于骨料内部、边界、或外部，从而定义不同的材料性质，因此骨料边界呈现锯齿状，对于三维模型优势巨大；另外采用混凝土塑性损伤带的形式描述裂缝。

2.2 几何刨分骨料+CDP模型

模型特征：通过平面分割线的方式刻画骨料，因此可以比较好的描述骨料边界；但网格需要重新划分，部分位置容易出现畸变网格，二维模型通常需要四边形和三角形组合分网，三维模型大多只能进行四面体分网；同样是采用损伤带描述裂缝。

2.3 几何刨分骨料+Cohesive单元

模型特征：同样可以较好的刻画骨料边界；另外通过嵌入Cohesive单元，实现不同胶结材料之间的粘结失效模拟，获得的裂缝形态更真实；但计算量是最大的，且不易收敛，另外Cohesive单元失效删除后，两边实体单元的接触问题是难点。

3 PPT展示

课程的部分PPT截图如下：