ABAQUS二维混凝土细观模型的数字化重建技术(二)图像映射

在基于ABAQUS开展混凝土细观力学模拟时，数字化重建技术是构建能够真实反映混凝土内部多相结构（如骨料、砂浆、界面过渡区ITZ及孔隙等）的关键前置步骤。混凝土细观模型研究中主流的数字化重建方法主要分为以下两类：一是几何重构法，从CT或照片图像中提取真实骨料轮廓，通过AutoCAD等软件重建混凝土骨料、ITZ几何模型，再导入ABAQUS进行网格划分；二是图像映射法，将混凝土高分辨率扫描图像通过预处理将不同材料进行颜色划分后，通过ABAQUS插件直接转化为有限元网格单元，并依据图像颜色差异划分材料相。本案例介绍混凝土细观模型的几何重构法，图像映射法将在下篇文章中进行详细说明。首先对混凝土细观的扫描图像进行预处理，明确区分骨料（黑色）与水泥砂浆材料（白色），然后通过批量图像边界软件提取界面过渡区（红色）。在进行边界提取时，提取维度选择二维，边界附着选择黑色（即附着在骨料上），边界颜色可设置为白色，方便下一步的CAD导入，本案例通过二次加厚处理两次，将过渡区厚度设置为三个像素宽度。采用CAD图像导入插件分别导入边界提取前后的图片，形成ITZ外边界及骨料边界的CAD线条图。插件导入CAD后的模型尺寸与图片分辨率一致，需在CAD内进行模型缩放以达到实际的模型尺寸，例如图片分辨率是500×500px，实际的模型尺寸为150×150mm，则需要进行的缩放比例为：150/500。CAD模型处理完成后，将骨料、ITZ、砂浆图分别另存为dxf格式文件，并以草图的形式导入到ABAQUS内，然后在ABAQUS中使用导入的草图建立相应的部件。将各部件装配，并采用EasyCDPMortar&ITZ插件设置砂浆及ITZ的混凝土损伤塑性材料参数。设置分析步、载荷、对模型进行网格划分后建立作业，并在提交作业前采用CDED插件设置混凝土开裂。提交作业完成模拟分析。后续也可通过SpectrumColor插件对云图进行美化处理，实现更专业的结果云图。