本案例介绍在 ABAQUS 内通过 CAD 模型导入的方式,建立复杂的混凝土细观二维几何模型。该模型包含多边形粗骨料、长方形纤维以及圆形孔隙结构,同时建立包裹在纤维及骨料外侧的界面过渡区(ITZ)部件。该建模方法适用于后续混凝土损伤开裂、细观力学性能等有限元仿真分析。
本案例的几何模型由 多边形粗骨料 、 长方形纤维 、 圆形孔隙 以及包裹在骨料与纤维外侧的 界面过渡区(ITZ) 组成,各组分按材料类型分别建立 Part 部件,最终在 ABAQUS/CAE 中完成装配与前处理。

图1 ABAQUS 混凝土细观模型整体流程可概括为以下六个步骤:
💡 核心思路
利用 CAD 插件快速生成复杂随机几何,再借助 ABAQUS 的草图导入功能实现细观模型前处理。
混凝土细观模型采用 CAD 随机颗粒插件 2D 生成。在插件内设置好模型参数后,点击运行,即可在 AutoCAD 内建立对应参数的混凝土细观文件。
建议设置的参数包括:
多边形粗骨料的粒径、体积分数、边数参数
长方形纤维的长度、宽度、含量
圆形孔隙的孔径、孔隙率
骨料和纤维外侧 ITZ 的厚度

图2 通过 CAD 随机颗粒插件建立混凝土细观模型在 AutoCAD 中,将 CAD 混凝土细观模型文件按照砂浆、骨料、ITZ 等组分分别导出为 DXF 文件,以备导入 ABAQUS 使用。孔隙部分可通过留空实现,因此可只保留孔隙边界用于定位,在后续建模中不赋予材料。

图3 CAD 导出的不同组分草图在 ABAQUS/CAE 的模型草图下,分别导入预先保存的 DXF 混凝土细观草图文件,再通过草图建立混凝土 Part 部件。

图4 CAD 混凝土模型导入 ABAQUS对混凝土细观模型中的不同组分分别设置材料。通常可按下述方式处理:
| 组分 | 材料设置方式 |
|---|---|
| 水泥砂浆 | 可采用混凝土损伤塑性模型 |
| ITZ | 可采用混凝土损伤塑性模型或弱化材料参数 |
| 粗骨料 | 可设为弹性材料或按需设置其他本构 |
| 纤维 | 可设为弹性材料或按纤维类型设置 |
| 孔隙 | 通过留空实现,无需设置材料 |
💡 提示
水泥砂浆及界面过渡区部分也可以通过 EasyCDP Mortar&ITZ 插件快速设置混凝土损伤塑性模型,用于后续模拟混凝土的损伤开裂力学仿真。
完成材料定义后,创建相应 Section,并分别指派给砂浆、骨料、纤维和 ITZ 部件。孔隙部分不指派材料。

图5 ABAQUS 混凝土细观材料设置完成材料设置后进行模型的装配。在 Assembly 模块中,将各 Part 按 CAD 中的原始坐标进行装配,确保:
骨料、纤维、孔隙和砂浆基体的相对位置正确
ITZ 完整包裹在骨料和纤维外侧
各组分之间无意外重叠或间隙
孔隙区域保持为空
可检查装配后的整体模型是否与下图一致。

图6 ABAQUS 混凝土细观材料模型可对混凝土细观模型进行网格划分,以备后续模拟使用。下图是模型的网格划分情况及砂浆、骨料、纤维、孔隙的细节展示。

图7 ABAQUS 混凝土细观模型细节展示✦ ✦ ✦
本案例通过「CAD 随机颗粒插件生成几何 → AutoCAD 分图层导出 DXF → ABAQUS 导入草图并建立 Part → 材料与截面指派 → 装配 → 网格划分」的流程,实现了包含多边形粗骨料、长方形纤维、圆形孔隙及 ITZ 的混凝土细观二维模型建模。该方法 建模效率高、几何可控性强 ,可为后续混凝土损伤开裂及细观力学仿真提供前处理基础。
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作者|渊鱼科技
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