[发明专利]一种自适应的混凝土细观建模方法

说明书

本发明公开一种自适应的混凝土细观建模方法，包括下述步骤：1)根据混凝土骨料级配生成所需圆形边界，在圆形边界内生成凸多边形骨料，然后对其面积进行延拓，同时进行延拓点侵入判断，生成凸多边形骨料混凝土模型；2)在各凸多边形骨料内部设置内多边形网格过渡圈，骨料‑砂浆界面过渡带与水泥砂浆之间设置外多边形网格过渡圈，对骨料的极半径进行调整，获得骨料‑砂浆界面过渡带及内外网格过渡圈顶点坐标，依据骨料粒径设置骨料‑砂浆界面过渡带厚度，同时设定内外网格过渡圈上的网格尺寸，得到网格自适应的混凝土多相细观模型。该方法可实现细观模型中骨料的随机投放和自适应网格的生成，保证模型内不同区域计算精度的同时提高计算效率。

技术领域

本发明涉及一种细观建模技术，具体涉及一种自适应的混凝土细观建模方法，属于混凝土损伤破坏的细观模拟技术领域。

背景技术

随着计算机技术的发展，细观层次的数值模拟方法被广泛应用于混凝土损伤破坏的分析。其中，细观模型的建立是一个重要的组成部分。面对混凝土复杂的内部结构，合理的细观建模方式是分析混凝土损伤破坏的关键。模型精细程度的提高意味着与实际情况更加接近，但也提升了计算规模，由此产生了如何平衡模型的精细化程度与计算规模的问题。若考虑骨料-砂浆界面过渡带(ITZ)的实际几何形式，计算规模将由于单元尺寸的减小而大幅增加，若对ITZ厚度作一定假设而降低计算规模，又与实际产生一定偏差。

发明内容

发明目的：针对现有细观建模方法存在的不足，本发明提供一种自适应的混凝土细观建模方法，通过该方法可建立网格自适应的多边形骨料混凝土随机细观模型，对混凝土损伤破坏进行高效且精确的批量模拟。

技术方案：本发明所述的一种自适应的混凝土细观建模方法，包括下述步骤：

1)根据混凝土骨料级配生成所需圆形边界，在圆形边界内生成凸多边形骨料，然后对其面积进行延拓，同时进行延拓点侵入判断，生成凸多边形骨料混凝土模型；

2)在各凸多边形骨料内部设置内多边形网格过渡圈，骨料-砂浆界面过渡带与水泥砂浆之间设置外多边形网格过渡圈，对凸多边形骨料的极半径进行调整，获得骨料-砂浆界面过渡带及内、外多边形网格过渡圈顶点坐标，依据骨料粒径设置骨料-砂浆界面过渡带厚度，同时设定内、外多边形网格过渡圈上的网格尺寸，得到网格自适应的混凝土多相细观模型。

上述步骤1)中，凸多边形骨料的生成方法为：在圆形边界上随机取点作为多边形骨料的第一个顶点，并依据极角与极半径依次生成第2到第n个顶点坐标，根据骨料顶点的生成顺序进行凸性判断，使每个骨料顶点满足凸性条件。

其中，凸性判断的方法为：通过最近生成的3个骨料顶点的有向面积的正负实现凸性条件的判断，当有向面积为正数时，说明组成有向面积的三角形的第3顺序点为凸性点，当所有骨料顶点经判断后都可以保证多边形为凸多边形时，骨料生成完毕。

对凸多边形骨料面积进行延拓的方法为：将各多边形骨料的顶点坐标由极坐标转换为笛卡尔坐标，分别计算多边形各边边长并存入数组，然后获得数组中最大的边长值a_ia_i-1；再以最长边为直径的圆周上随机取延拓点P，其坐标参数如下：

式中：a_ia_i-1为延拓边边长，η为(0，1)内均匀分布函数，γ为(0，2π)内的随机数。

对凸多边形骨料进行面积延拓时，需确保延拓点与延长边相邻两边构成的三角形有向面积S都大于零；从而可保证延拓点为凸性点。

为保证延拓点不侵入其它骨料，限定延拓点与骨料圆心之间的距离在相应骨料对应级配最大粒径r_max的范围以内。