[发明专利]一种基于APDL语言开发的混凝土细观模型分析方法

说明书

一种基于APDL语言开发的混凝土细观模型分析方法，属于混凝土力学分析领域，具体涉及一种混凝土细观模型分析方法。本发明以APDL参数化设计语言为平台，通过输入混凝土各组分的材料属性和试件的加载方式，进行建模及智能网格划分，然后求解模型，判断加载后读取的单元信息，如果满足单元破坏的条件，则杀死该单元，最后得到输出结果，包括混凝土宏观指标的数据以及混凝土的力学行为和破坏过程。本发明解决了混凝土细观模型进行模拟分析时运算成功率低、运算时间较长或是使用者操作不便的问题。本发明可运用于混凝土力学分析。

技术领域

本发明属于混凝土力学分析领域，具体涉及一种混凝土细观模型分析方法。

背景技术

随着混凝土材料在人们生活中、工程领域应用中日益普及和深入，人们对其生产、设计的精度要求也越来越高。于是就需要生产人员、设计人员以及研究人员能够更深入地了解混凝土材料在一定工况下的响应规律及其本质。而主要研究尺度在10纳米到毫米量级范围内的细观力学，因其能够合理、全面地解释毫米量级以上，即宏观尺度上混凝土的力学行为，而受到多方研究人员的重视，具体来讲，细观尺度上的研究手段能够达到以下目的：一、通过各组分的材料(即骨料、水泥砂浆以及骨料与水泥砂浆之间界面)各自内部以及相互之间的作用解释混凝土在宏观尺度上现象的成因；在已知组份的性能及组成比例的条件下，预测混凝土宏观尺度上的性能指标或行为，如强度、刚度、开裂趋势等。其中一个非常重要的细观力学研究手段，就是将混凝土视为骨料、水泥砂浆以及两者之间界面组合而成的三相混合物，在计算机平台上构造合理的分析模型，应用有限元方法并对其进行分析，以方便研究人员获取相关的数据结果。

由于混凝土细观模型的几何性质具有一定的复杂性，以及组成成分的材料属性具有相当大的随机性、离散性，导致对混凝土细观模型进行模拟的难度较高。为此，研究人员构造了多种对混凝土细观模型进行模拟分析的方法，也包括基于各种分析软件的普通混凝土细观模型分析方法。但是这些传统方法或是不容易收敛，导致运算成功率低；或是计算效率不高；或是需要输入的参数以及人为设定的参数过多，导致应用效果不好、使用者操作不便。

混凝土材料有关领域对建立一个适宜的、高效的混凝土细观分析方法非常有必要，因此，提出一种运算成功率高、运算速度快同时便于使用者理解的混凝土细观模型分析方法成为了迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明为了解决对混凝土细观模型进行模拟分析时，运算效率低、运算时间较长或是分析效果不好的问题，提供了一种基于APDL语言开发的混凝土细观模型分析方法。

本发明所述一种基于APDL语言开发的混凝土细观模型分析方法，通过以下技术方案实现：

步骤一、参数输入：需要输入的参数包括混凝土各组分的材料属性和试件的加载方式；各组分的材料包括：骨料、水泥砂浆以及骨料与水泥砂浆之间界面；各组分的材料属性包括：骨料的弹性模量，水泥砂浆的弹性模量，水泥砂浆的抗拉强度，水泥砂浆的抗压强度，骨料与水泥砂浆之间界面的弹性模量、粘结力、摩擦角、抗拉强度以及抗剪强度；

步骤二、建模及网格划分：

网格划分使用APDL系统框架内的智能网格划分，由智能网格划分操作，得到处理对象的有限元模型，即将模型划分为有限个通过节点相连且被赋予了不同材料属性的单元所组成的模型，划分之后的单元均为线弹性单元且均具有单元生死的功能；

步骤三、求解模型：先根据步骤一中输入的加载方式，将荷载分为若干荷载步，再按序加载；每次加载完成后均读取单元的信息，所述单元的信息包括各个单元内部各向切应力、第一主应力和第三主应力，然后根据获取的信息对单元进行分析判断，如果单元满足破坏的条件，则杀死该单元，再进入下一荷载步进行后续求解，直至加载完成；

步骤四、结果输出：