全级配混凝土随机骨料二维模型生成的块体切割方法

混凝土细观力学数值模拟分析所得到的结果与混凝土实际力学性能之间的差异大小,在很大程度上取决于所采用的混凝土骨料模型是否合理.目前,混凝土随机骨料的二维模型生成算法以生长法为主,所生成的骨料几何形态具有较大的局限性,且不便于推广应用至三维问题.研究并提出了一种新的随机骨料二维模型生成方法——块体切割法.首先,引入一组随机平面,并假定其方向及位置符合某种概率分布;然后,基于瓦拉文公式推导出随机平面的相关参数的概率密度函数;最后,通过随机平面切割初始块体,得到不同料径和形状的随机骨料.算例分析结果表明,本方法能够生成符合级配要求的随机骨料,可进一步推广至三维问题.     

混凝土细观层次损伤数值模拟——随机骨料结构的生成

目的在细观层次上对混凝土进行数值模拟,进而对混凝土的力学性能分析.方法应用蒙特卡罗方法,使用C＋＋语言编程开发二维三相混凝土随机骨料结构（RAS）模型.结果提出了避免产生不合常规骨料颗粒的控制措施,引入向量理论分析并去除凹点,弥补了现有方法中确定骨料多边形延伸率的缺陷;并在Visual C＋＋上模拟实现、生成了具有概率和统计意义的RAS.最后,通过一个数值算例验证了所提方法的有效性.结论笔者提出的RAS产生方法为进一步开发混凝土细观有限元模型打下了坚实的基础.     

基于Ansys的混凝土随机骨料模型及细观力学分析

基于Ansys平台,采用APDL命令流,对Ansys进行2次开发,实现了从二维随机骨料投放、有限元网格划分,到施加荷载、分析求解,再到结果输出全过程可视化研究,有效避免了建模软件与有限元数值分析软件之间参数传递关系复杂、接口程序编制困难、兼容性差等问题;提出了利用骨料面积参数和布尔运算判断骨料之间的相容性,使建模更为准确、高效和简便,同时也为建立三维随机骨料模型提供了新的思路;采用骨料偏移算法,生成骨料与砂浆基质之间的薄弱界面,方法可靠;采用所提出的方法生成混凝土随机骨料模型,基于损伤力学理论,开展混凝土细观力学研究.结果表明所提出的方法可行且高效.     

混凝土多边形骨料分布的数值模拟方法

在细观层次上将混凝士看成是由骨料和砂浆基体组成的两相复合材料,讨论了混凝土力学性能的计算机模拟方法.按照骨料级配曲线和面积百分比,生成各种尺寸的骨料颗粒.应用蒙特卡洛方法将所生成的骨料分布到混凝土截面上.模拟结果表明,所生成的骨料分布图案与实际骨料分布十分相像.     

钢纤维混凝土细观结构数值模拟自动生成技术

针对钢纤维砼细观模拟中的两大难点问题，即多边形骨料的随机分布与重叠性判断有有奶元网格的自动剖分进行了阐述，给出了部分模拟实例。     

基于LS-DYNA的混凝土三维随机凹凸型骨料数值建模

提出了三维随机凹凸型碎石骨料生成方法,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件进行数值骨料投放模拟,得到了混凝土三维随机凹凸型碎石骨料几何模型。采用"基本单元模型"在投放区域生成立方体网格单元,结合新的空间点与随机多面体空间相对位置判定方法,判定出各单元材料属性,最后生成混凝土三维随机凹凸型碎石骨料有限元模型。以上混凝土细观有限元模型生成方法较好地控制了骨料粒径、数量和级配,生成的数值模型中骨料体积率在55%左右,处于真实混凝土骨料体积率的范围中。生成的数值骨料与真实碎石骨料形状接近。提出的细观混凝土有限元模型为对混凝土力学性能进行细观数值研究奠定了基础。     

基于Matlab的混凝土材料细观组成的随机分析

为实现对混凝土材料细观组成单元的随机分析,采用数值试验的方法,从细观层次上模拟混凝土材料的内部组成,根据其组成成分的随机分布,通过Matlab程序仿真,生成力学性质服从特定概率分布的混凝土细观单元,为混凝土破坏的全过程分析提供计算模型.     

基于随机骨料模型的碾压混凝土劈拉性能的数值分析

为从细观结构上研究碾压混凝土的劈裂抗拉力学性能的尺寸效应,采用随机骨料模型模拟碾压混凝土的细观结构,在细观层次上将碾压混凝土看成是由硬化水泥砂浆体、粗骨料颗粒及二者间的黏结带构成的三相非均质复合材料;利用有限元方法数值模拟碾压混凝土的细观损伤断裂和劈裂抗拉,对其劈裂抗拉强度尺寸效应进行了研究。结果表明：黏结层面是碾压混凝土劈拉破坏的薄弱环节,碾压混凝土试件的劈裂抗拉强度存在明显的尺寸效应,所采用的数值模拟计算方法基本可行。     

Model of Random Polygon Particles for Concrete and Mesh Automatic Subdivision

In order to study the constitutive behavior of concrete in mesoscopic level, a new method is proposed in this paper. This method uses random polygon particles to simulate full grading broken aggregates of concrete . Based on computational geometry, we carry out the automatic generation of the triangle finite element mesh for the model of random polygon particles of concrete. The finite element mesh generated in this paper is also applicable to many other numerical methods.     

基于试验二维随机骨料再生混凝土抗压强度研究

制作42个再生混凝土立方体试块并测试其立方体抗压强度,基于二维随机骨料理论推导符合试验用粗骨料级配的二维骨料分布曲线,生成二维随机骨料混凝土有限元模型模拟其抗压强度并与试验结果进行对比.结果表明：再生混凝土抗压强度总体上随再生粗骨料取代率的上升而降低,但再生粗骨料取代率为50%时,试验与有限元模拟结果均存在强度升高的变异现象.随着再生粗骨料取代率的上升,再生混凝土抗压强度峰值应力对应的平均应变有所延后.     

碾压混凝土直剪力学性能的数值模拟

为从细观结构上研究碾压混凝土的直剪力学性能,采用随机骨料模型模拟碾压混凝土的细观结构,在细观层次上将碾压混凝土看成是由硬化水泥粉煤灰砂浆体、粗骨料颗粒、二者间的黏结带和砂浆层面构成的三相非均质复合材料;利用有限元方法数值模拟碾压混凝土的细观损伤断裂和直剪,对其抗剪参数进行了研究.结果表明:层面和黏结带是碾压混凝土直剪破坏的薄弱环节,所采用的数值模拟计算方法基本可行.     

相邻钢筋非均匀锈蚀引发混凝土保护层开裂的细观数值模拟

对2根相邻钢筋非均匀锈蚀膨胀引发的混凝土保护层破坏行为进行了细观数值模拟研究;考虑到混凝土细观结构非均质性的影响,将混凝土视为由骨料、砂浆和界面过渡区组成的三相复合材料,以施加强制位移的方式模拟钢筋的非均匀锈胀作用,建立了混凝土保护层开裂分析的细观尺度数值模型,并进行了影响参数分析。结果表明：细观数值模拟结果与已有文献中的试验结果吻合良好;相邻钢筋非均匀锈蚀时会发生内部裂纹相互贯通先于和落后于外部开裂2种破坏模式;钢筋直径不是影响混凝土保护层破坏的主要参数;混凝土保护层厚度主要影响外部开裂的发展;钢筋间距则主要控制内部裂纹的相互贯通。     

混凝土双轴压缩强度尺寸效应机理

为了研究混凝土双轴强度尺寸效应产生的机理,考虑混凝土尺寸效应及其宏观力学非线性源于其材料组成的非均质性,结合混凝土细观结构形式,从细观角度将混凝土看作由骨料颗粒、砂浆基质和界面过渡区组成的三相复合材料,建立了尺寸分别为150 mm×150 mm、300 mm×300 mm和600 mm×600 mm的数值混凝土试件.首先通过对150 mm×150 mm方形混凝土试件进行单轴压缩力学特性模拟,采用反演法确定了界面过渡区的力学参数,进而对双轴压缩加载下混凝土的破坏行为及其尺寸效应进行了分析.研究结果表明:1)损伤破坏形式随试件尺寸发生变化,试件最终破坏消耗的断裂能不同是导致混凝土双轴压缩强度产生尺寸效应的主要原因;2)混凝土单、双轴压缩强度均存在明显的尺寸效应行为,并且Bazant尺寸效应律能够较好地描述混凝土在单、双轴压缩加载下的强度尺寸效应.     

采用谐波合成法对随机地震动场的模拟

基于大跨度的空间结构,在进行地震反应分析时,考虑多点多维激励更接近实际情况的特点,分析了大跨度空间结构在地震作用时表现出非常明显的几何非线性特征,这种非线性特征只有通过时域分析才能得以考虑和处理,而在时域分析中,首先要解决的问题就是模拟地震动场。采用谐波合成法(WAWS法)对随机地震动场进行了模拟。由于在算法中引入了快速傅立叶变换,使得计算时间和计算精度明显提高,从而实现了快速有效地模拟地面运动加速度时程的目标。     

基于预插黏性界面单元的混凝土细观拉伸断裂过程数值模拟

为确定预插黏性界面单元法模拟混凝土细观拉伸断裂的有效性和适用性, 基于黏性裂缝模型理论, 在实体单元中嵌入黏性界面单元 (cohesive interface elements) , 对东江拱坝二级配混凝土试件单轴受拉的断裂过程进行数值模拟.按照试件的实际配比计算出各种粒径骨料的数目, 采用Monte-Carlo法对混凝土骨料进行随机投放, 生成试件的随机骨料模型, 研究黏性界面单元的网格密度、骨料随机分布形式及界面单元的断裂参数对混凝土宏观力学性能及断裂模式的影响.结果表明:采用黏性界面单元可有效地模拟混凝土材料细观断裂破坏过程和宏观力学性能.