多面体骨料大体积混凝土三维细观模型生成

《多面体骨料大体积混凝土三维细观模型生成》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、第32卷第4期应用力学学报Vol.32No.42015年8月CHINESEJOURNALOFAPPLIEDMECHANICSAug.2015文章编号：1000-4939(2015)04-0657-07多面体骨料大体积混凝土三维细观模型生成武亮王菁何修伟糜凯华(昆明理工大学电力工程学院650500昆明)摘要：将混凝土视为由粗骨料、砂浆质以及两者之间的界面组成的三相复合材料，用细观方法研究混凝土特性，提出了新的随机算法并生成三维细观有限元模型。这种方法基于MoteCarlo随机样本原理，由一个给定的骨料级配随机生成多面体骨料颗粒，按照互不相交原则逐一投放

2、到混凝土模型试件中。将判断骨料是否互不相交转化为判断一个线性规划问题是否有解，能有效地提高模型骨料含量率及模型生成速度。文中提出的所有算法在MATLAB中都易实现，与COMSOL软件相结合能更高效地完成有限元网格剖分。计算实例表明，对于骨料含量高的大体积三四级配混凝土，这种方法能满足数值建模的需要。关键词：混凝土；细观结构；混凝土骨料；有限元分析；网格划分中图分类号：TU528.36文献标识码：ADOI：10.11776/cjam.32.04.B117展水平的提高，用细观方法分析计算混凝土复合结1引言构特性是可行的。[3-6]早期的一些研究者提出了许

3、多细观模型，文混凝土是一种由不同尺度颗粒组成的非均质献[5]的2D模型和文献[6]的格构模型极具代表性。复合材料，其组成颗粒小到纳米级的水泥水化结晶Wittmann等人用带有不同本构关系的有限元模型物，大到上百毫米的粗骨料。早期受计算条件限制，模拟了砂浆质、骨料以及两者之间的界面组成材料，常将混凝土按均质材料进行模拟计算，这使得诸如这算是较早的细观有限元方法应用。vanMier等人混凝土应变软化、微观裂缝扩展破坏机理及尺寸效摒弃连续体假设理论，将混凝土基体离散成若干梁应等问题不能被人们深入地了解和认识。由于在混系，通过指定不同格构梁的材料特性用有限元

4、方法凝土试验过程中，要观察到混凝土内部真实裂缝的发来模拟混凝土不同组分的力学特性。国外学者在这展和确定内部任意位置的微观应力场都很困难，仅靠方面做了大量的工作，并在最近几年提出了CSL模[1][7][8]试验来深入研究混凝土材料力学特性是不够的。基型(ConfinementShearLatticeModel)、DPM模型于混凝土各种组分相互作用的微观力学分析来推演(DiscreteParticleModel)及二者组合模型[9]混凝土宏观本构特性正是对试验研究工作的补充和LDPM(LatticeDiscreteParticleModel)。加强。按照

5、文献[2]的观点，从多相微观角度出发，混凝土细观分析的基础是生成形状、尺寸、位把混凝土分为四个研究层级：宏观、细观、微观、置分布都相似于真实混凝土粗骨料的随机骨料结纳观。鉴于目前计算机硬件水平和数值计算技术发构，骨料颗粒的几何构形必须满足真实混凝土材料基金项目：国家自然科学基金(51269007)收稿日期：2014-09-09修回日期：2015-01-09第一作者简介：武亮，男，1962年生，博士，昆明理工大学，副教授；研究方向——混凝土结构工程。E-mail：kmu-wl@163.com658应用力学学报第32卷的统计特征，同时骨料颗粒的空间分布还

6、必须尽可寸骨料含量相一致的原则，这符合大体积混凝土粗能地从宏观层面上满足均质各向同性的要求[3]。为骨料对混凝土力学性能影响较大的特点。在无实际满足这些要求，数值模型粗骨料常按MonteCarlo级配资料的情况下，可用式(1)计算三四级配混凝土随机样本原理，依据某一给定的混凝土级配随机生某一粒径骨料的含量。成各种形状的骨料样本；再将这些骨料样本随机投放到某一给定的试件容器中，且要求骨料间不能交叉重叠。目前大多数研究者都采用这种“取和放”的方法来生成混凝土细观模型。国内外学者都对混凝土随机骨料结构模型做了大量的工作，如国外学者在文献[10]中针对圆形骨

7、料提出的投放方法和文献[11]提出的椭球骨料生成方法及投放技巧等。国内学者在这方面的工作也很出色，如：文献[12]较早提出随机骨料结构模型（RAS），对圆形和多边形二维骨料的生成及投放进图1典型大体积混凝土粗骨料级配曲线行了研究；文献[13]利用瓦拉文（WalaravenJ.C.）Fig.1Typicalgradingcurvesofcoarseaggregateinmassiveconcrete公式随机生成圆形二维骨料的二级配和四级配混凝粗骨料颗粒尺寸级配曲线给定，可按式(2)确定土；文献[14]利用所谓的“封装摆放法”提高了二维不同骨料粒径段与骨

8、料含量的关系凸形骨料的投放效率；文献[15]以凸多面体为研究(P()()dPss+1p−d)vV对象提出了凸