混凝土随机骨料模型可视化方法

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1、第卷第期中国水利水电科学研究院学报年月文章编号混凝土随机骨料模型可视化方法李运成马怀发陈厚群胡晓北京工业大学建筑工程学院北京中国水利水电科学研究院工程抗震研究中心北京摘要在生成三维随机球形骨料模型的基础上研究了形成随机凸多面体骨料模型的方法并利用语言编制凸多面体骨料生成程序和细观有限元网格剖分程序为了实现骨料模型和其细观有限元网络的可视化着重研究了利用现有商业软件生成多面体随机骨料的可视化混合编程的方法利用面向对象的语言界面编程技术编写了实现视窗环境的程序并在该环境下调用生成骨料模型的计算程序和骨料模型图形绘制程序另外还研究了细观有限元剖分

2、数据在软件实现网格可视化的格式和方法关键词混凝土三维随机骨料面相对象编程可视化中图分类号文献标识码为了反映混凝土细观结构不均匀性特征需对其进行细观力学数值模拟人们已提出了许多研究混凝土损伤断裂过程的细观力学模型如格构模型随机力学特性模型和随机骨料模型等但到目前为止对混凝土细观力学的数值模拟研究主要限于平面问题并且多数研究将骨料作为圆球型颗粒尽管有三维骨料模型的研究但其骨料含量低并且没有考虑实际骨料级配在混凝土细观力学研究中骨料的尺寸形状和分布直接影响混凝土力学特性因此按混凝土实际级配的骨料比例并考虑骨料的实际形态研究高效率的骨料投放算法是进

3、行混凝土细观力学分析的前提和基础本文首先假定骨料为球形按混凝土的实际级配的骨料比例计算骨料颗粒数研究骨料投放方法并生成三维随机球形骨料模型基于生成的球形随机骨料模型在球形骨料表面随机生成数点形成骨料基在此基础上随机延伸形成各面均为三角形的凸多面体即凸多面体骨料模型为了实现骨料模型和其细观有限元网络的可视化着重研究了利用现有软件生成多面体随机骨料的可视化混合编程的方法各取所长在本文中作者用语言编写了骨料投放算法程序采用语言编写可视化界面在该可视化界面中调用软件绘制随机骨料模型凸多面体随机骨料的投放将骨料简化为球体确定各种骨料的颗粒数时考虑了实

4、际级配所要求的粗骨料粒径小石中石大石及特大石比例如粗骨料中小石粒径为中石大石特大石粗骨料所占混凝土的重量比例以三级配为例三级配骨料中小石中石大石比例为取试件边长小石粒径颗中石粒径颗大石粒径颗骨料重量比例然后在混凝土试件空间内用蒙特卡罗方法随机地确定骨料的球心位置完成随机骨料的投放如图所图球形骨料模型示收稿日期基金项目国家自然科学基金资助课题作者简介李运成男山东郓城人硕士主要从事水工结构静动力分析研究混凝土随机骨料模型可视化方法李运成马怀发陈厚群胡晓图三维凸体骨料生成程序框图在球形骨料上构造多面体骨料基按照球形骨料体积和粒径为控制标准向外延拓

5、在延拓的过程中进行骨料侵入判断直至凸体骨料的体积与球骨料体积相近多面体骨料模型生成该程序的粗框图如图所示由图的球形骨料模型按照该凸多面体骨料生成程序生成了图所示的三级配凸多面体随机骨料模型有限元网格剖分随机骨料模型将混凝土看作由骨料硬化水泥胶体以及两者之间的黏接带组成的三相非匀质复合材料不同的材料具有图凸体骨料模型不同的力学物理特性在网格剖分中根据网格所处的不同材料的位置划分为不同的单元类型如骨料单元固化水泥砂浆单元及界面单元并依单元类型赋予相应的材料特性本文以混凝土试件为例采用节点规则面体有限元网格其网格尺寸应为最小骨料直径的四分之一即三

6、个坐标轴方向的网格间距皆为网格剖分程序见图混凝土随机骨料模型可视化方法李运成马怀发陈厚群胡晓图网格剖分算法框图界面设计在编程的界面中用于和连接的函数是它可以调用任何可执行文件用法为如图所示文件菜单下的子菜单可以打开和保存图形文件计算菜单用于和连接绘图菜单用于调用绘图并将图形输出到此界面之中显示出来调用并控制充分支持自动化技术是一门生成使用和集成组件的技术它允许应用程序或组件控制另一个应用程序或组件的运行的能够被任何可作为控制程序的图可视化界面程序控制这些程序包括等利用自动化便可方便地在自己的程序中对进行控制在应用程序内创建了对象以后就可以使

7、用这个对象所包含的各种方法来实现对的调用一个自动化控制程序要获得一个自动化对象首先要初始化并创建自动化对象这里用到一个重要的函数它返回对象用法为对象常用的有个方法利用这些方法在应用程序内可实现任何的功能用法如下该方法将调用执行一条由字符串决定的命令同时返回一个字符串表示命令的执行情况任何能在命令行窗口内执行的命令均可以被包括在字符串中如果是绘图命令则绘出的图形将显示在屏幕上该方法使用如下混凝土随机骨料模型可视化方法李运成马怀发陈厚群胡晓上述例子就是在程序内调用并在屏幕上画出同时以文件格式对图形进行了保存该方法用来将中的一个矩阵变量传送到程序

8、的一个一维或二维数组中其中指定了中的矩阵变量名指定了该矩阵变量所在的工作区是指程序中的实部数组是指程序中的虚部数组该方法用来将程序的一个维或维数组传送到中的一个矩阵变量中该方法用