全级配混凝土二维细观模型的自动生成

将COMSOL软件与MATLAB软件有机结合,提出基于数值图像处理技术和骨料嵌入判别准则的混凝土细观数字模拟方法,实现了全级配混凝土二维细观几何模型和有限元模型的自动生成.骨料的生成主要依据混凝土级配中的骨料粒径分布,骨料的投放以骨料颗粒不相互嵌入为原则.为了验证该方法的有效性,采用4种形状的粗骨料试件进行模拟.结果表明:对于骨料含量高的全级配混凝土细观模拟试件,无论是骨料投放还是有限元网格自动剖分,此方法均可获得较高效率.     

二维混凝土骨料随机生成与投放算法及程序

混凝土细观结构的多相性、不均匀性很大程度上控制了其细观尺度上的损伤演变机制及宏观尺度上的力学特性。粗骨料是混凝土的重要组成部分,其几何模型是开展混凝土细观力学研究的基础。建立一个能反映实际混凝土级配、含量等信息的粗骨料几何模型,对混凝土细观结构数值模拟有重要意义。本文提出了基于实数解的椭圆形随机骨料干涉判断方法和基于圆形骨料边延拓的凸多边形随机骨料生成方法,进而得到圆形、椭圆形与凸多边形3种不同形状的二维全级配混凝土骨料随机生成与投放算法,编制了界面友好的交互式程序。数值算例显示了3种不同形状的二级配、三级配与四级配混凝土骨料的生成与投放效果。结果显示,该算法提高了骨料的随机生成与投放效率,改进了程序的可执行性。     

一种快速生成三维混凝土骨料模型的混合实现方法

三维随机骨料混凝土模型是由骨料、砂浆基体以及界面层组成的三相复合材料,基于Fortran和ANSYS软件提出了一种快速生成含高体分比球形骨料混凝土模型的混合实现方法,并在此基础上生成三维椭球形骨料(卵石)模型、凸多面体骨料(碎石)模型以及混合模型。算例结果表明,这种新方法可以快速生成三级配球形颗粒混凝土模型所需的骨料数据,相应的骨料投放含量能达到65%左右。混合方法可将骨料颗粒和界面层分离开来,在有限元网格剖分时避免了复杂的单元属性判别。通过对椭球形骨料模型和凸多面体骨料模型的有限元数值模拟,进一步验证了该混合方法的有效性。     

弹体侵彻混凝土靶三维细观数值模拟

分析模拟混凝土细观结构对侵彻破坏影响,采用随机骨料模型,在前人研究的基础上,提出了一种新的混凝土三维凸型骨料的投放与生成方法—分区投放与射线延拓法,减小了骨料投放与生成所需的判别区域,改善了骨料随机投放过程中的效率问题。采用背景网格划分法,使得三维数值建模与计算效率更高。在此基础上采用动力有限元程序开展了弹体侵彻混凝土细观数值模拟,相对于均质材料,由于骨料的存在引起的混凝土材料性能的不均匀性,从而对弹体侵彻性能影响的初步认识,研究结果为混凝土细观数值建模与弹体设计评估提供参考。     

蒙特卡罗法生成二维三维随机骨料模型的ANSYS实现

运用ANSYS的APDL参数化语言,结合蒙特卡罗法和富勒级配准则,提出一种高效的二维、三维随机骨料生成投放算法,可以在ANSYS中建立含骨料的混合料的细观尺度模型并进行后续加载求解。提出的随机骨料生成和投放算法将混合材料的骨料含量、级配、分布位置等细观因素考虑进来,生成的细观随机骨料模型可以模拟各种混合料的随机特征。该算法适合沥青混合料和混凝土骨料等颗粒增强材料的模型建立。     

骨料和砂浆等影响混凝土强度的细观层次机理分析

基于全级配三维细观混凝土随机模型分析方法,系统研究了混凝土中砂浆和骨料等各组分的受力特点,通过现场试验以及数值模拟分析,揭示了骨料降低砂浆强度的作用机理,提出混凝土宏观抗压强度与砂浆抗压强度间的修正关系,并讨论了骨料体积分数及混凝土强度分别对该修正系数的影响规律.研究表明：骨料的加入会降低水泥基材料的强度;混凝土材料的强度小于相同配比条件下的砂浆;用混凝土强度参数代替砂浆参数进行细观层次分析会造成较大误差,应进行修正;修正系数随骨料体积分数增加而线性增长,与混凝土强度关系不大.     

混凝土随机多面体骨料模型的生成方法

为三维混凝土细观力学行为研究提供一种简便有效的混凝土骨料的生成方法,通过对椭球体的方程进行改造,在其中加入三个随机变量和两个控制参数,从而将其变为不规则多面体以模拟混凝土骨料。采用两个参数对骨料的不规则性进行控制,同时利用椭球体的性质对骨料的外形及尖锐程度进行控制。通过投放实例表明提出的多面体骨料模型能够模拟实际工程中各种级配的混凝土骨料,并通过混凝土三相模型的材料不均质计算说明了该算法的有效性。     

基于预插粘性界面单元的全级配混凝土梁弯拉破坏模拟

为确定预插粘性界面单元法模拟全级配混凝土梁在弯拉荷载作用下断裂破坏过程的有效性和适用性,基于粘结裂缝模型的基本原理,在混凝土梁的中心区域采用Monte Carlo法生成随机骨料模型,通过自编程序实现了砂浆单元间和界面处粘性界面单元的预插,对全级配细观混凝土梁的弯拉断裂破坏过程进行数值模拟,模拟结果与相关文献结果吻合良好。研究结果表明:预插粘性界面单元法能够有效地模拟细观混凝土材料的弯拉断裂破坏过程和宏观力学特性。     

混凝土细观分析的研究现状

介绍了混凝土细观力学分析方法,即混凝土数值模拟和CT试验研究,数值模拟详细分析讨论了随机骨料模型、格构模型、随机力学特性模型、统计细观损伤力学模型、离散元模型等5种细观力学数值模型的特点以及高性能并行计算作用及实现.考虑到国内医用CT试验只能进行一级配混凝土试件拉、压破坏试验,对二级配混凝土只能进行拉伸破坏试验,因此对多级配混凝土进行细观分析.必须与工业CT结合,将可以完成拉伸、压缩、动力试验,为混凝土的细观研究提供了另一条路径.     

基于材料试验和细观模型的混凝土渗透性研究

基于材料试验和细观模型,以球体和椭球体模拟粗骨料,以薄壳模拟界面区,建立三维混凝土三相细观模型,研究了压力水在混凝土中的渗透规律.结果表明:混凝土细观模型模型能较好地反映压力水在混凝土内渗透过程中的局部特征和总体规律,展现了由于骨料随机分布所导致的"曲折效应"、"稀释效应"和"界面效应";随着骨料体积分数的增加,以上3种效应被同时放大,骨料对混凝土抗渗透性能的影响应综合考虑3种效应的影响;在骨料形状、骨料体积分数和界面区参数一定的情况下,混凝土的有效渗透系数与砂浆的渗透系数呈正比例关系;混凝土试件侧面防水措施不足所导致的边界效应使得抗渗高度法试验结果存在较大误差,应根据试件模具的尺寸误差、拟加水压值来确定边界防水层的厚度.