一种生成椭球形骨料的混凝土细观模型方法

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1、2014年第11期(总第301期)混凝土理论研究Numberl】in20l4(TotalNo．301)ConcreteTHEORETICALRESEARCH一种生成椭球形骨料的混凝土细观模型方法武亮，王菁，糜凯华，何修伟，武世倩(昆明理工大学电力工程学院，云南昆明650500)摘要：为了在细观层次上对全级配混凝土进行数值模拟，进而从机理上认识其力学性能和宏观试验现象。针对随机分布的含有大量椭球形骨料的全级配混凝土给出了一种计算机模拟方法。结合MATLAB语言和COMSOL脚本编程实现了全级配混凝土三维细观几何

2、模型和有限元模型的自动生成。提出了以三维数组划分投放区域和以代数条件为嵌人判别准则，有效地克服了椭球形随机骨料模型生成中的效率瓶颈问题。最后用实例说明算法的有效性。分析表明随机骨料投放含量能达到54％左右，能满足实际混凝土试件数值仿真的要求。关键词：全级配混凝土；细观模型；细观力学；椭球形骨料中图分类号：TU528．01文献标志码：A文章编号：1002—3550(2014)11-0064—06Novelapproachtogeneratingmesoscalemodelswithellipsoidalaggr

3、egatesforconcreteWULiang，WANGJing，MEIKaihua，HEXiuwei，WUShiqian(FacultyofElectricPowerEngineering，KunmingUniversityofScienceandTechnology，Kunming650500，China)Abstract：Anapproachtogeneraingthree—dimensionalgeometricalmodelsforconcretecontaininglargeamountsofe

4、llipsoidalaggregatesispresentedtakingtherandomstructureofaggregatesatthemesoscopiclevelintoconsideration．Thegeometricalmodelsforfully-grad—edconcreteandthefiniteelementmodelswereautomaticallygeneratedbycouplingthecommercialsoftwareCOMSOLwithMATLAB．Thepropos

5、edmethodologyincludeddeterminationoftherandomloc~ionofanaggregateparticleusingathree—dimensionalarrayandanalgebraicconditionastheembeddingcriterioninplacingprocess．Numericalexperimentswereprovidedtodemonstratetheeffectivenessandrobustnessofthenewalgorithm．T

6、heanalysesshowedthatamesoscopicmodelwithaggregatevolumefractionofabout54％canbereadilygeneratedandtheprocessofplacingaggregatesmeettherequirementofthenumericalsimulationforconcretespecimens．Keywords：fully-gradedconcrete；mesoscalemodel；micromechanics；ellipsoi

7、dalaggregate材料的力学性能和破坏过程的实质，避免了宏观研究上不0引言利因素的影响。混凝土作为一种主导性的建筑材料，在各类工程建设在实际中，经常会遇到以卵石、沙子、水泥组成的混凝中发挥着重要的支撑作用。长期以来对混凝土类准脆性材土。虽然卵石的形状各异，但是这些卵石多数可以表示料的破裂研究取得了诸多有益的成果，基本能够满足工程成具有随机分布特征的长、中、短轴的椭球。要用有限元应用上的要求，但是各种理论一直在均匀介质假设的基础法计算这类混凝土材料的物理和力学参数，首要的问题上研究其破坏规律，很少涉及材料

8、自身的非均质特性。此是建立能反映实际浇筑混凝土的骨料分布模型。为此一些外，全级配混凝土骨料粒径差异较大，其室内试验通常采研究者基于各种语言和有限元分析软件结合的方法，完用湿筛法，但该方法改变了混凝土中各项材料的组成比列，成了混凝土细观模型的生成，如基于CAD软件下开发的而且需要花费大量的人力、物力，所得到的试验成果又往Autolisp语言生成；基于MATLAB语言的编写19-11]。但现有基往受试验