三维沥青混凝土建模的随机骨料快速投放技术

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1、三维沥青混凝土建模的随机骨料快速投放技术*基金项目：国家自然科学基金项目（10672063/A020203）.徐瑞杨新华陈传尧（华中科技大学力学系，湖北武汉430074）摘要:选取适当的参数范围，随机生成多面体，通过凸凹控制和尖锐判断，形成更接近实际情况的单个骨料，由循环生成的众多随机骨料组成骨料库。基于等概率投放的思想，随机生成一个投放区域，然后从骨料库中选择一组骨料进行随机投放，从而建立三维沥青混凝土随机骨料数值模型。这种建模技术对于水泥混凝土等随机多相异质材料的数值建模也是适用的。利用该技术，可以进一步研究混凝土非均质性

2、和微结构效应。最后，给出了三维沥青混凝土数值模型建立的一个实例，以检验该技术的有效性。关键词:随机骨料；三维模型；沥青混凝土；微结构Rapidcastofrandomaggregatefor3DasphaltconcretemodelingXuRuiYangXinhuaChenChuanyao(CollegeofCivilEngineeringandMechanics,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074,China)Abstract:Theappropria

3、teparametersareselectedtogeneratearandompolyhedron,whichcanbeasingleaggregateconsistenttotheactualshapeaftertheconvexcontrolandsharpnessjudgment.Theaggregatebaseisconsistofamountofrandomaggregatesgeneratedbythismethod.Basedontheequiprobablecastprinciple,arandomcasti

4、ngregionisfirstgenerated;andthenagroupofaggregatesarerandomlychosentoputintheregion,sothatarandom3Dnumericalmodelofasphaltconcretecanbeestablished.Thismodelingtechnologyisalsoapplicableforcementconcreteandothermultiphaserandomheterogeneousmaterials.Heterogeneityofco

5、ncreteandmicro-structureeffectscanbestudiedbyit.Finally,onemodelingexampleaboutasphaltconcretewereillustratedinordertotestitseffectiveness.Keywords:randomaggregate;3Dmodeling;asphaltconcrete;microstructure在混凝土细观力学研究中，骨料的尺寸、形状和分布以及相互作用直接影响沥青混凝土的强度等力学性质，混凝土的微结构直接影响着其宏

6、观力学性能。因此，以均质或者分段均质假设为前提的弹性体系理论和分析方法存在很大的局限性。由于混凝土内部细观结构随机性强并难以观测，通过常规试验方法研究很难进行。目前混凝土数值计算研究已取得了一定进展，高政国和刘光廷、覃伟平先后研究了混凝土二维6凸多边形和三维凸多面体随机骨料的投放算法，在此基础上形成了混凝土凸多边形和混凝土凸多面体随机骨料模型，但所建立的模型由于骨料间的相互冲突而骨料含量较低，且没有考虑实际骨料级配。由于一般的混凝土骨料大多采用破碎工艺加工而成，因此将混凝土骨料分布模拟成空间多面体随机分布，在统计特性上最能模拟

7、实际混凝土构成。本文基于等概率投放的思想，按照混凝土实际级配要求，研究高含量凸多面体随机骨料投放技术，建立三维混凝土随机骨料数值模型，为研究混凝土微结构与宏观性能关系提供了新的途径。1随机骨料的生成1.1单个随机骨料的生成根据骨料实际形状、粒径，选取适当的参数范围，先生成随机三角形基骨料，通过控制三角形余弦值大于0，使生成的随机三角形为锐角三角形。任意多面体是由三角形基骨料变化而来的，三角形基骨料决定了骨料的粒径尺度和骨料的基本几何最终构型。生成三角形基骨料之后，随机在面外取一点进行延拓生成一个四面体，根据四面体的每个面的面积

8、是否大于限定面积决定是否继续延拓。如此循环下去，直至生成符合条件的单个骨料。图1单个骨料生成流程图61.2凸凹控制假设新生成点P坐标为(x，y，z)，延伸面三个顶点（逆时针）的坐标依次为(，，)、(，，)、(，，)，则延伸点与延伸面以外的所有边界面组成的体积为（1）形成随机多