全级配混凝土三维细观模型的建模方法研究

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1、第30卷第1期Vol.30No.1工程力学2013年1月Jan.2013ENGINEERINGMECHANICS14文章编号：1000-4750(2013)01-0014-08全级配混凝土三维细观模型的建模方法研究方秦，张锦华，还毅，张亚栋(解放军理工大学国防工程学院，江苏，南京210007)摘要：根据混凝土材料细观结构特点，采用混合同余算法生成随机数，模拟混凝土骨料在形状和空间分布方面具有的随机性特点。按照混凝土级配理论，分析了不同级配混凝土细观组成特点，研究了不同粒径骨料的含量和分布规律，提出了一种高效的三维骨料生长和凸性判定算法，研究了骨料生长过程中的形状控制技术，避免了尖角、薄片状

2、骨料的出现；在骨料投放过程中采用综合投放算法，大幅度提高了骨料一次性投放成功率和骨料体积含量，缩短了计算时间。在三维细观有限元网格剖分方面，采用向量判别法，优化了材料属性判定，提高了计算效率。算例表明，该文提出的细观模型，在模拟混凝土静力特性和冲击破坏特性方面具有较高的可靠性。关键词：细观模型；全级配混凝土；骨料；有限元；随机数中图分类号：TU378.2;TU528文献标志码：Adoi:10.6052/j.issn.1000-4750.2011.06.0398THEINVESTIGATIONINTOTHREE-DIMENSIONALMESOSCALEMODELLINGOFFULLY-GRA

3、DEDCONCRETEFANGQin,ZHANGJin-hua,HUANYi,ZHANGYa-dong(CollegeofNationalDefenceEngineering,PLAUniversityofScienceandTechnology,Nanjing,Jiangsu210007,China)Abstract:Basedonthemeso-structureofconcrete,themixedcongruentialalgorithmtogeneratearandomnumberwasappliedtosimulatetherandomnessofaggregateinshap

4、eandspatialdistributions.Accordingtothelawofcompositionanddistributionofdifferentgradationaggregateswithdifferentsizes,ahighlyefficientalgorithmofthree-dimensionalaggregategrowthandconvexjudgmentwereproposed.Inordertoavoidtheemergenceofasharpcornerandthinsheetaggregate,anewmethodofaggregateshapeco

5、ntrolwasdeveloped.Theproposedintegratedpackingalgorithmhashighlyefficiencyinincreasingthegoodrateoffirstpackingandthevolumecontentofaggregate,andreducesthecomputationaltimegreatly.Intheprocessofthree-dimensionalfiniteelementmesh,theproposedvectormethodcouldimprovethecomputationalefficiencyofthedis

6、criminationofmaterialattributes.Theexamplesshowthattheproposedmesoscalemodelhasahighreliabilityinsimulatingthestaticandimpactresponsesofconcrete.Keywords:mesoscalemodel;fully-gradedconcrete;aggregate;finiteelement;randomnumber混凝土在细观层次上由粗细骨料、水泥砂浆和关系，是混凝土力学性质的重要研究内容之一。[1]二者之间的粘接界面(ITZ)组成，细观各组分的力学Wit

7、tmann首先采用多尺度方法提出了随机分性质直接或间接地决定了混凝土材料的宏观力学布的多边形来模拟混凝土骨料的细观力学模型，但性质和破坏模式，深入研究混凝土细观结构特点及是该方法所采用的多边形比较简单，难以真实描述其力学性能，建立细观结构和宏观力学性能之间的混凝土内部的细观结构。近十几年来，随着计算机———————————————收稿日期：2011-06-28；修改日期：2011-09-04基金项目：国家自然科学创新研究