[发明专利]一种基于离散元的大孔隙混凝土抗压试件模型构建方法

权利要求书

1.一种基于离散元的大孔隙混凝土抗压试件模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)任选一个非针片状的骨料，根据选出的骨料形状和尺寸，绘制骨料外轮廓的三维几何图；

(2)基于绘制的骨料外轮廓三维几何图，生成刚性颗粒簇模板；

(3)基于生成的刚性颗粒簇模板，按级配生成刚性颗粒簇作为初始的模拟骨料；

(4)将生成的刚性颗粒簇转为柔性颗粒簇作为最终的模拟骨料；

(5)对最终的模拟骨料进行模拟装料；

(6)对模拟装料后的试件进行模拟压实，并删除多余模拟骨料；

(7)模拟压实后，在模拟骨料间赋予粘结，建立抗压试件模型。

2.根据权利要求1所述的基于离散元的大孔隙混凝土抗压试件模型构建方法，其特征在于：所述步骤(2)中基于绘制的骨料外轮廓三维几何图生成刚性颗粒簇模板的方法为：

(21)在绘制的骨料外轮廓内部，采用如下参数生成刚性颗粒簇模板的表面形状：表面平整度取使颗粒个数为4-8个时的数值，最小颗粒与最大颗粒的半径之比在0.3-0.5，颗粒伸出骨料外轮廓边界的长度与颗粒半径的比例在1.00-1.05；

(22)利用生成的刚性颗粒簇模板表面形状自动计算惯性参数。

3.根据权利要求1所述的基于离散元的大孔隙混凝土抗压试件模型构建方法，其特征在于：所述步骤(3)中基于生成的刚性颗粒簇模板，按级配生成刚性颗粒簇的方法为：

(31)按目标抗压试件的级配将不同粒径的骨料进行均匀混合，将混合后的骨料分别加入且刚好装满m个目标抗压试件大小的模具中，分别对m个模具中的骨料进行筛分并统计各个粒径档位的骨料的个数，取m个模具中的各个粒径档位的骨料的个数的均值作为目标抗压试件中各个粒径档位的骨料的估算个数，其中m≥3；

(32)基于刚性颗粒簇模板在空间P中生成一个默认大小的刚性颗粒簇，并获取其粒径作为默认粒径，然后将该刚性颗粒簇删除，其中空间P为B1内部空间，B1为按目标抗压试件尺寸的50倍高生成的封闭盒形墙体；

(33)基于刚性颗粒簇模板分别按目标抗压试件中各个粒径档位的骨料的估算个数的1.5-2.0倍在空间P中生成不重叠且方位、倾角和高度随机的刚性颗粒簇，作为初始的模拟骨料，其中模拟骨料粒径的控制方法为：生成模拟骨料前，按目标比例设置模拟骨料默认粒径的放缩倍数，目标比例为目标粒径与默认粒径的比值。

4.根据权利要求1所述的基于离散元的大孔隙混凝土抗压试件模型构建方法，其特征在于：所述步骤(4)中将生成的刚性颗粒簇转化为柔性颗粒簇的方法为：

(41)获取各个刚性颗粒簇的组成单元的坐标和半径，然后按获取的坐标和半径生成球体颗粒；由同一个刚性颗粒簇得到的所有球体颗粒，都赋予对应刚性颗粒簇的编号，最后将所有刚性颗粒簇删除；

(42)将赋予了同一个编号的球体颗粒之间的接触作为模拟骨料内部颗粒间的接触；对模拟骨料内部的组成颗粒之间选择线性平行粘结接触模型并赋予粘结参数，以模拟真实骨料的自身强度。

5.根据权利要求4所述的一种基于离散元的大孔隙混凝土抗压试件模型构建方法，其特征在于：步骤(42)中，模拟骨料内部颗粒之间线性平行粘结接触模型的粘结参数赋值方法为：

(421)分别对线性接触部分的弹性模量、刚度比和粘结部分的弹性模量、刚度比按实际值进行赋值，粘结半径放大系数取1作为初值；阻尼部分参数即法向临界阻尼比、切向临界阻尼比和阻尼模式取0；除了粘结张量强度和粘聚力外，其他参数即线性接触部分的摩擦系数、参考间隙、法向力更新模式、线性外力，和粘结部分的弯矩贡献系数、内摩擦角、所受外力、所受外力矩均按实际值选取；

(422)将粘结张量强度和粘聚力基于实际值以10％为梯度逐级放大，每放大一次就进行一次模拟运算，直到模拟骨料内部颗粒在重叠产生的内力和粘结张量强度与粘聚力赋予的粘结力的综合作用下刚好不再“炸开”，此时粘结张量强度和粘聚力取值作为初值；

(423)开展3组大孔隙混凝土的抗压强度试验，分别建立3组试验的离散元抗压试件模型，调整粘结半径放大系数、粘结张量强度和粘聚力，使3组试件的应力-应变曲线的模拟结果与试验结果平均拟合度最高，此时的粘结半径放大系数、粘结张量强度和粘聚力取值即为最终取值。