[发明专利]一种基于离散元的混凝土结构破坏过程数值模拟方法

权利要求书

1.一种基于离散元的混凝土结构破坏过程数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

基于目标混凝土结构件，采集所述目标混凝土结构件的边界墙尺寸，构建三维刚性边界墙，其中，所述三维刚性边界墙的墙体单元采用平面单元；

在所述三维刚性边界墙的墙体内部空间生成随机颗粒，压缩颗粒至高紧凑状态，根据颗粒中心间距与两颗粒的半径之和，获取处于接触状态的第二颗粒，并在所述第二颗粒的内部生成接触键；

基于所述接触键的法向单位向量、切向单位向量，获取所述第二颗粒的合力向量及弯矩，以及所述第二颗粒在第一单位时间的加速度和角加速度，根据显示中心差分法，迭代更新所述第二颗粒在第二单位时间的位置、速度和角速度；

根据迭代更新的结果，获取所述第二颗粒的接触作用力，其中，通过将所述接触作用力的法向力和剪切力，与所述目标混凝土结构件的抗拉强度、抗压强度、剪切强度进行对比，获取所述目标混凝土结构件的损伤情况。

2.根据权利要求1所述一种基于离散元的混凝土结构破坏过程数值模拟方法，其特征在于：

在压缩颗粒至高紧凑状态的过程前，采用控制孔隙度方法生成所述颗粒的颗粒数量，包括：

其中，n表示生成目标粒子数，V表示给定空间总体积，C表示孔隙度，R表示平均半径；体积分数在0.615-0.735之间。

3.根据权利要求2所述一种基于离散元的混凝土结构破坏过程数值模拟方法，其特征在于：

在压缩颗粒至高紧凑状态的过程中，通过弹性半无线空间压板压缩所述颗粒，压缩速度控制在0.0001m/s-0.0012m/s之间；

压缩结束后，所述颗粒与压缩板之间的接触力小于0.1N；

所述高紧凑状态的判断依据为：检测颗粒间的配位数是否在4.01-8.15之间，判断颗粒是否处于高紧凑状态，以及检查所述颗粒的重叠性。

4.根据权利要求3所述一种基于离散元的混凝土结构破坏过程数值模拟方法，其特征在于：

在所述第二颗粒的内部生成接触键的过程中，令颗粒间的内聚力处于零应力状态，两个颗粒之间存在所述接触键需满足以下条件：

其中，d_ij表示两颗粒中心间距，r_i表示第i个颗粒的半径，r_j表示第j个颗粒的半径，α表示允许不完全接触的颗粒存在接触键。

5.根据权利要求4所述一种基于离散元的混凝土结构破坏过程数值模拟方法，其特征在于：

在获取所述第二颗粒的合力向量及弯矩的过程中，所述法向单位向量用表示，

所述切向单位向量用表示：

其中，Δp_c，rel＝Δp_cj-Δp_ci，Δp_cj表示第i个颗粒的接触点的位移增量，Δp_ci表示第j个颗粒的接触点的位移增量，所述位移增量等于所述颗粒的位移增量与角度增量之和。

6.根据权利要求5所述一种基于离散元的混凝土结构破坏过程数值模拟方法，其特征在于：

在获取所述第二颗粒的合力向量及弯矩的过程中，利用法向力和切向力的单位向量分别点乘相应力的标量，然后相加得到合力向量；

所述弯矩的计算公式为其中K_r表示旋转刚度矩阵，表示旋转角度增量，r_i表示第i个颗粒的半径，表示第i个颗粒的和第j个颗粒之间的作用力。