[发明专利]一种含随机缺陷的全级配混凝土三维细观模型建模方法

说明书

本发明涉及一种含随机缺陷的全级配混凝土三维细观模型建模方法，主要解决目前混凝土细观建模过程中的几个重要问题：(1)大多建模方法难以避免复杂的骨料凸性判断及骨料间交叉重叠判断；(2)基于传统Voronoi技术的建模方法难以满足骨料级配的要求；(3)难以在细观模型中引入随机缺陷；(4)建模效率亟需进一步提高。本方法对三维Voronoi图形内各凸多面体胞元以相应形核点为中心进行符合骨料级配需求的随机收缩过程，生成四级配分布的随机骨料模型；在骨料分布区域外快速引入所需体积含量的随机球体气孔缺陷，最终建立含有随机缺陷的全级配混凝土细观模型。该建模方法在引入随机缺陷的同时，可准确满足骨料级配需求，具有十分明显的效率优势。

技术领域

本发明属于混凝土的细观建模研究领域，具体涉及一种含随机缺陷的全级配混凝土三维细观模型建模方法。

背景技术

混凝土作为一种复杂的多相非均质复合材料，其物理和力学性能与内部复杂的细观结构紧密相关，如骨料形状、级配、随机分布的内部缺陷等。如何使建立的混凝土内部细观结构在形状与分布上与真实情况更加吻合，已成为目前研究的一大热点。

目前混凝土的三维细观建模方法主要有两大类：一是基于扫描成像技术的图像处理法，如发明专利申请(CN 109087396 A、CN 108932393 A)采用的CT图像识别法；二是基于计算机程序语言的建模方法，如发明专利申请(CN 108334676 A、CN 107885938 A和CN107918706 A)等。

X光扫描成像技术根据材料内部各相之间的密度差，通过标定不同的灰度值，可以分辨出各相材料在整体试件中的分布区域。这种方法建模效率较低且易受到实验设备的限制，当扫描电子显微镜的分辨率较低时，建立的模型会存在较大问题，如相互接触的骨料常被视为更大粒径的骨料等；因此，采用计算机程序语言的随机参数细观建模法成为现行的主流技术。国内外学者提出了多种程序语言的建模方法，如：区域投放法、射线延拓法、生成-投放法、随机游走法等。然而这些方法在骨料分布过程中均需对骨料间接触关系进行判断，大大降低了建模效率。随机Voronoi技术首先被Caballero等应用于混凝土随机骨料模型的建立，这种方法建立的多面体具有天然的凸性，且骨料间彼此不会发生交叉重叠，完全避免了骨料间的侵入判断，大大提高了建模效率。由于该模型是对整个区域进行多面体划分并通过胞元收缩得到的，因此该方法在建立含随机分布骨料的混凝土细观模型上具有较大的效率优势。

然而，基于现实工程需求，现有的基于传统Voronoi方法的模型依然存在一些问题，如公开号为CN 112348913 A的发明专利申请采用Voronoi方法建立了混凝土的二维随机模型，将该发明中同样的方法运用至三维建模时，复杂程度将大大提高；公开号为CN112052539 A的发明专利申请应用Voronoi技术建立的三维混凝土细观模型中，骨料级配无法得到控制，空间随机性有待优化。此外，现有的混凝土细观模型很少考虑现实混凝土中存在的随机气孔缺陷。

发明内容

本发明的目的是解决现有基于Voronoi技术建立混凝土三维细观模型方法中存在的骨料级配无法得到控制、程度复杂和没有引入随机分布的气孔缺陷的技术问题，提供一种含随机缺陷的全级配混凝土三维细观模型建模方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种含随机缺陷的全级配混凝土三维细观模型建模方法，其包括以下步骤：

步骤一：将所需混凝土试件的体积设定为V，其中长为L、宽为W、高为H，建立与所述所需混凝土试件尺寸大小完全一致的长方体，在长方体内随机分布N个种子点，相邻种子点的间距δ应满足(1-K)δ₀≤δ≤δ₀，其中为所述种子点间的平均距离，K为所述种子点分布的不规则度，取值范围为0-1；记录该长方体的顶点坐标与上述种子点的坐标；