三级配混凝土二维随机多边形骨料模型数值模拟

《三级配混凝土二维随机多边形骨料模型数值模拟》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46卷第11期人民长江Vo1．46，No．112015年6月YangtzeRiverJune，2015文章编号：1001—4179《2015)11—0071—05三级配混凝土二维随机多边形骨料模型数值模拟王菁，武亮，糜凯华，温强(昆明理工大学电力工程学院，云南昆明650500)摘要：为了研究混凝土的细观力学性能，利用MATLAB自编程序建立混凝土多边形随机骨料模型，采用最大限定边长和最小限定边长控制多边形骨料生成，并将随机骨料模型导入Comsol软件，建立混凝土细观模型，最后对三级配混凝土轴拉破坏进行数值模拟分析

2、。分析结果表明，该混凝土细观模型算法合理可靠、简单易行，数值计算结果与宏观混凝土轴拉试验结果相符。可为混凝土的非线性有限元分析及力学性能试验改进提供理论依据。关键词：细观模型；随机多边形骨料；数值模拟；三级配混凝土中图法分类号：TV431文献标志码：ADOI：10．16232／j．enki．1001—4179．2015．11．018混凝土是以水泥为主，与水和粗细骨料按一定配骨料，然后在此基础上随机延凸，生成任意形状的随合比组成的复合材料，广泛应用于实际工程。根据特机骨料。而多边形骨料的随机投放方法有：基于传征尺寸和

3、研究方法的侧重点不同，可将混凝土内部结统VB、C语言、fortran等语言进行骨料随机投放程序构分为4个层次：纳观、微观、细观和宏观。在细观尺的编写，基于CAD软件下开发的Autolisp语言生度上，混凝土是由粗骨料、砂浆和粘结界面组成的三相成，基于数值图像处理建立的混凝土细观模型，复合材料。由于组成混凝土各材料的力学性能不同，基于Matlab的程序编写。尽管利用Mahlab编制的细观尺度上的裂缝扩展直接影响混凝土的宏观力学性程序通用性较差，不能导入有限元软件分析，但该方法能。在进行混凝土力学性能试验时，需耗费大量

4、的人不要求研究人员掌握较高的编程技巧，因此，本文应用力、财力、物力，且因试验条件限制，其试验结果并不能Matlab和Comsol软件无缝结合建立混凝土细观模型，准确地反映材料的力学特性。然而，基于细观层次的并导人有限元软件进行混凝土细观力学分析，为混凝数值模拟，避免了影响试验结果的不利因素，同时可对土的非线性有限元分析及其力学性能试验改进提供理混凝土力学性能及裂缝扩展规律进行研究。近年来，论依据。随着计算机技术的快速发展，借助于数值方法建立混1混凝土多边形骨料细观模型凝土随机骨料模型并研究其断裂破坏行为逐渐得到许多

5、研究者的认可，该方法可以更加明确地了解混凝土对于含有3种或4种粒径范围的三、四级配混凝的损伤断裂过程以及内部力学性能。针对多边形随机土，因其骨料含量较高，所以确保数值混凝土试件骨料骨料的生成，国内一些研究者提出了不同的算法，如高含量与实际情况相符，且保持骨料在试件上的随机分政国等提出二维混凝土多边形骨料的生成算法⋯，张布是生成混凝土随机骨料模型的关键与难点。不过，剑等提出任意面积百分比和任意边数多边形骨料的生运用Matlab编程生成骨料含量较高的混凝土二维多成算法，孙立国等提出了通过一次性投放三角形基边形随机骨料模

6、型时可调用Matlab中现有函数，简单收稿日期：2015—01—03基金项目：国家自然科学基金项目(51269007)作者简介：王菁，女，硕士研究生，主要从事混凝土细观数值模拟研究。E—mail：1023784194@qq．tom通讯作者：武亮，男，硕士生导师，主要从事水工结构工程及混凝土损伤断裂数值模拟研究。E—mail：kmu—wl@163．com72人民长江易行，效率显著，一定程度上减少了研究者的工作量。即可得多边形各顶点的极角，_11．1骨料粒径及面积率O(j)=十>(i)(4)胃混凝土级配是按照粗骨料级配

7、进行划分的，且粗式(2)～(4)中，Ot为骨料方位角，取值为0～2盯骨料按粒径分为小石5～120mm，中石20—40mm，大之间均匀分布的随机数；为对角大小的波动程度，取石4O一80mm，特大石80～150mm，其级配粒径分布值为0～1之间任意数，这里取0．4；rand为生成01如下。之间均匀分布的随机函数；为凸多边形顶点编号。骨料级配小：中：大：特大一级配l：O：0：0二级配5．5：4．5：0：0三级配3：3：4：0四级配2：2：3：3为在细观尺度上进行混凝土二维细观数值模拟，首要的问题是将实际混凝土三维级配转化

8、为二维级配。于是，瓦拉文基于球形骨料在试件空间上等概率分布的假定，建立了混凝土试件空间内骨料级配及含量与其内截面所切割骨料面积的关系模型，使混凝土二维细观数值模拟得以顺利实现。瓦拉文公式是在图1多边形骨料极坐标表示Fuller公式基础上，将三维Fuller级配曲线转化为试件1．3多边形骨料的生成内二维截面上任意一点具有骨料直径D