[发明专利]一种混凝土结构的细观建模和分析方法

说明书

本发明涉及一种混凝土结构的细观建模和分析方法，包括以下步骤：步骤1)根据混凝土构件尺寸特征参数，确定格构节点坐标，并连接格构节点得到格构模型的框架，其中，所述格构模型包括格构节点以及格构节点之间相互连接的格构单元；步骤2)根据混凝土材料所使用的各组分材料级配，确定粗骨料粒径和数量以及混凝土各组分的细观二维参数；步骤3)基于随机分布算法、粗骨料粒径和数量生成粗骨粒细观随机分布模型，并根据粗骨料细观随机分布模型赋予格构单元对应的材料属性和单元属性，得到格构模型；步骤4)将格构模型导入ABAQUS二次开发平台，进行受荷计算。与现有技术相比，本发明综合考虑了混凝土材料的细观结构特性，并提供了精细化数值模拟思路。

技术领域

本发明涉及材料仿真数值分析领域，尤其是涉及一种混凝土结构的细观建模和分析方法。

背景技术

混凝土是一种以水泥为主要粘结剂并掺和一定比例的水、砂、碎石及减水剂等形成的多相复合材料。混凝土的内部结构极其复杂，若是根据结构尺寸的范围划分的话，可以将混凝土结构划分为宏观层次和细观层次。宏观尺寸即是日常工程尺寸，其尺寸大小一般是骨料尺寸的数倍，该尺寸的构件一般均是基于实物试验进行分析结构的力学特性，进而评估工程的可靠性与设计的合理性。在细观层次，混凝土材料是由粗骨料，水泥砂浆基质以及两者之间的界面过渡区域组成。各物相组成的材料特性、物相分布规律及配合比等因素均对会对混凝土的宏观力学产生着极为重要的影响，也就是说即使同一批次材料加工的完全尺寸相同的宏观试件也会出现明显的力学性能差异，这与材料内部缺陷的逐渐增多有关。随着建筑物的尺寸以及混凝土用量的不断增加，无限制的不断增加研究结构的尺寸开展大规模的大尺寸混凝土结构试验和研究，逐渐受到时间，场地以及财力等方面的限制。从细观层次上对于结构物进行模拟能够有效地规避掉宏观力学层次的尺寸效应。因此，为了得到准确的破坏机理与力学响应，从细观层次进行研究势在必行。

经过对现有技术的检索发现，水泥基材料的细观建模技术主要集中在混凝土骨料建模，以达到为数值计算提供有效参考模型的目的。在中国专利“一种混凝土骨料单元的二维随机生成方法(CN 106874623 A)”中，提出了一种混凝土骨料单元的二维随机生成方法，该方法通过不断地生成不同的多边形骨料，并且计算关键形状参数与实际所需的骨料单元进行对比，最终得到特定形状的多边形骨料。在中国专利“一种混凝土骨料数值模型重建方法(授权号CN 108280290 A)”范宏等提出了一种混凝土骨料数值模型重建方法，对包含单体骨料试件或包含群体骨料试件进行打磨拍照，获得骨料的连续剖面图像，基于连续剖面图像建立骨料模型数据库，包含群体骨料试件能够同时建立多个骨料模型，能够解决因CT扫描设备昂贵不便于实施的问题，且基于真实混凝土骨料颗粒进行三维重建，最大程度上模拟了真实骨料外形特征，建立的骨料模型以网格形式保存，对于真实骨料模型数据库的建立创造条件。但它也仅仅是关注混凝土细观结构的准确模拟方法，缺少对系统性的建模以及计算的分析研究。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种混凝土结构的细观建模和分析方法，综合考虑混凝土材料的细观结构特征，建立适用于数值分析的格构模型，并对其进行精细化数值分析。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种混凝土结构的细观建模和分析方法，包括以下步骤：

步骤1)根据混凝土构件尺寸特征参数，确定格构节点坐标，并连接格构节点得到格构模型的框架，其中，所述格构模型包括格构节点以及格构节点之间相互连接的格构单元；

步骤2)根据混凝土材料所使用的各组分材料级配，确定粗骨料粒径和数量以及混凝土各组分的细观二维参数；

步骤3)基于随机分布算法、粗骨料粒径和数量生成粗骨粒细观随机分布模型，并根据粗骨料细观随机分布模型赋予格构单元对应的材料属性和单元属性，得到格构模型；