COMSOL三维纤维混凝土模型

COMSOL三维纤维混凝土模型

用同一个插件同时生成纤维与骨料，分层导出后导入COMSOL赋材划网格

参数设置

在 AutoCAD 中加载 CAD 颗粒密堆积插件 3D V3.0。容器选 长方体 或 圆柱体 ，按试件实际尺寸填写长、宽、高，重力方向为 Z 轴负向。核心操作是在颗粒条目中 分别添加纤维和骨料 ：纤维条目类型选 圆柱体 或 长方体 ，设置直径、长度及体积比；骨料条目类型选 多面体 或 球体 ，设置粒径与体积比。目标填充率按总体积分数输入，颗粒最小间距略大于后续网格最小尺寸，避免 COMSOL 中出现过薄狭缝。如需研究界面过渡区，设置 界面层厚度 ，插件会为纤维和骨料统一生成外包 ITZ 层。

图 1 纤维条目（圆柱体）与骨料条目（多面体/球体）分别设置

堆积生成

运行插件后，内置动力学算法模拟纤维与骨料在重力下的下落、碰撞、重排和稳定，完成密堆积后依次点击插件中的超界移除、顶面压实、CAD绘图按钮，插件会自动在 AutoCAD 中 按颗粒条目分组、分图层 绘制三维实体。纤维层、骨料层、基体层（以及 ITZ 层，如启用）彼此独立，这是后续 COMSOL 批量赋材料的前提。若出现穿模，适当提高 碰撞检测频率、颗粒最小间距 后重跑建模流程。V3.0 版本优化了模型生成算法，生成的模型在上表面的颗粒分布更加平整。

图 2 纤维、骨料、基体在 CAD 中分图层显示

分组导出

在 AutoCAD 中将纤维、骨料、基体（如启用 ITZ，再加 ITZ ） 分别另存为 .sat 文件 。分图层导出的意义在于：COMSOL 导入后可以按导入的部件批量选中纤维域或骨料域，一次完成材料赋值，不必逐根纤维、逐个骨料点选。文件命名建议直接用部件名，例如 fiber.sat 、 aggregate.sat 、 mortar.sat 。

COMSOL导入

COMSOL 新建三维模型，在 几何 节点下选择 导入 ，依次载入 fiber、aggregate、mortar 的 .sat 文件。导入时在几何设置中选择正确的 长度单位 ，以匹配模型的实际尺寸。全部导入后执行 形成装配或联合体 ，完成纤维混凝土三维有限元建模。

图 3 纤维域、骨料域同时载入 COMSOL

批量赋材

在 COMSOL 材料 节点下分别新建纤维材料、骨料材料、基体材料。由于 SAT 是分图层导入的，可通过在导入时建立 累积选择 的方式，赋值材料时一次选中全部纤维域赋纤维材料，再选骨料域、基体域分别赋值。如果启用了 ITZ 层，再单独为 ITZ 域赋界面材料。赋值完成后确认每个域都有且仅有一个材料。

图 4 批量完成纤维、骨料的材料设置

网格划分

划分网格时，全局单元尺寸建议 小于颗粒最小间距 ，以保证砂浆基体的材料划分。本案例为展示纤维及粗骨料的分布细节，并未显示水泥砂浆基体。

图 5 含纤维与骨料的三维混凝土细观网格