基于ANSYS的混凝土三维随机骨料生成方法研究

为进一步研究混凝土骨料颗粒的三维生成和投放算法,提出一种基于ANSYS三维随机骨料构筑方法,该方法可以生成任意凸多面体的骨料。首先,混凝土骨料投放算法中,由单元随机号进行控制,该方法投放随机性较好;其次,运用MATLAB中RAND函数随机生成骨料的半径和夹角,使生成的随机骨料逼近真实的颗粒。为验证该算法的有效性,根据蒙特卡罗方法计算二级配和三级配混凝土随机骨料数目,模拟混凝土三维骨料颗粒。结果表明:该算法投放的颗粒不仅具有位置随机性、形状多样性优点,而且在骨料投放过程中具有优先划分网格后随机投放的优越性,在骨料重叠性判断运算中能够避免重复性计算。

混凝土随机凸多面体骨料模型生成及细观有限元剖分

混凝土的级配及骨料含量对其宏观力学特性有直接的影响,适当的随机骨料模型是进行混凝土细观力学数值模拟分析的前提和基础。本文针对全级配大坝混凝土的高骨料含量的要求,给出了一种高效率生成随机球骨料模型的方法。并在随机球骨料模型的基础上,形成随机凸多面体骨料模型。同时,研究了细观单元属性判别方法,编制了对含有凸多面体骨料的细观区域进行结构性有限元网格剖分程序。本文给出的三维随机骨料模型算法不但考虑混凝土的骨料的实际级配和含量,而且计及了骨料的实际形态。

混凝土随机骨料模型可视化方法

在生成三维随机球形骨料模型的基础上,研究了形成随机凸多面体骨料模型的方法,并利用FORTRAN语言编制凸多面体骨料生成程序和细观有限元网格剖分程序。为了实现骨料模型和其细观有限元网络的可视化,着重研究了利用现有商业软件生成多面体随机骨料的可视化混合编程的方法。利用面向对象的VB语言界面编程技术,编写了实现WINDOWS视窗环境的VB程序,并在该环境下调用生成骨料模型的FORTRANN计算程序和Matlab骨料模型图形绘制程序。另外,还研究了细观有限元剖分数据在GID软件实现网格可视化的格式和方法。

大坝混凝土试件三维细观力学并行计算研究

基于混凝土材料基本特性及其有关试验研究结果,给出了混凝土材料的损伤演化关系、及其抗拉强度和弹性模量的应变率强化定律,建立了既考虑细观损伤弱化又计及应变率强化效应的混凝土非线性有限元静动力学虚功方程。根据FEPG有限元语言的规则,编写了混凝土试件细观静、动力学方程的描述文件及位移、应力场的算法文件,并基于PFEPG软件平台开发了混凝土试件的三维细观数值并行计算程序。利用三维随机骨料随机参数模型对混凝土试件弯折损伤破坏过程进行了细观数值模拟。其计算结果与试验结果相吻合,显示了该算法及所编并行程序的有效性。

大坝混凝土三维细观力学数值模型研究

在细观结构层次上将大坝混凝土作为骨料、固化水泥砂浆及其粘结界面组成的复合材料,建立了大坝混凝土三维细观力学数值模型。该模型既能够反映混凝土及其细观各相材料在荷载作用下的损伤演化过程,又考虑了动载作用的应变率强化效应。给出了该数值模型求解方法,并编制出能够在普通PC机上运行的串行程序。加载过程既可按荷载控制又可按位移控制。同时,为了减少求解自由度应用了分尺度方法以使最小骨料和固化水泥砂浆混合后其力学性能与一种复合介质等效。通过混凝土湿筛和三级配试件的静、动(冲击)弯拉数值计算验证了本文计算方法和程序正确有效。另外,在串行程序的基础上,优化了刚度矩阵的存储方式,采用双门槛不完全Cholesky分解(ICT)预条件的共轭梯度法(CG),完成了能够在Sun Fire 6800服务器实现并行计算的并行程序改造,从而大大提高了计算效率。

基于细观尺度的混凝土热膨胀性能研究

用细观力学方法对混凝土有效热膨胀系数和温度应力进行研究,提出了有效热膨胀系数理论公式.同时假定混凝土为骨料和砂浆组成的两相复合材料,用代表性体积单元(RVE)建立混凝土三维随机椭球形骨料模型,并对此模型进行有效热膨胀系数和温度应力的数值计算.将所提出的有效热膨胀系数理论公式、其他经典理论公式与数值计算结果对比后发现:对于混凝土有效热膨胀系数的预测,所提出的混凝土有效热膨胀系数理论公式预测精度最高,自洽法次之,而稀疏解法精度较低且只适用于骨料体积分数较小的情况.提出的理论解与数值计算结果吻合较好,其误差随骨料体积分数的增大而增大;当骨料与砂浆的弹模比小于1时,理论解小于数值计算结果,当弹模比大于1时,理论解大于数值计算结果.