【摘要】：混凝土細(xì)觀力學(xué)是研究混凝土材料性質(zhì)的重要方法之一.首先,采用被占區(qū)域剔除法生成骨料,該方法能較快地完成高含量骨料的混凝土細(xì)觀力學(xué)模型生成.然后,針對(duì)目前混凝土細(xì)觀力學(xué)網(wǎng)格剖分的難題,提出了單元切割法,解決了全級(jí)配高含量骨料有限元網(wǎng)格剖分的難題,并且所產(chǎn)生的網(wǎng)格單元形狀比較規(guī)則均勻.最后編寫(xiě)了三維細(xì)觀混凝土試件等效彈模的數(shù)值計(jì)算程序.算例給出了濕篩二級(jí)配、三級(jí)配以及全級(jí)配混凝土的細(xì)觀力學(xué)模型,并將單元切割法產(chǎn)生的網(wǎng)格應(yīng)用于混凝土細(xì)觀力學(xué)等效彈模的計(jì)算,數(shù)值計(jì)算結(jié)果與其他數(shù)學(xué)方法的結(jié)果接近,表明該方法具有較好的實(shí)用性.
【圖文】：

分的一種新的方法———單元切割法．圖１是混凝土的球體骨料，圖２為投放域的背景網(wǎng)格圖．單元切割法的具體思路如下：首先，將投放域劃分成比較規(guī)則的背景網(wǎng)格（網(wǎng)格的尺寸小于球體骨料的最小粒徑），并形成單元之間的拓?fù)潢P(guān)系，包括點(diǎn)、線、面、單元之間的關(guān)系．然后將圖１所示的骨料投放進(jìn)圖２的背景網(wǎng)格中．背景網(wǎng)格中的單元有３種類型：所有結(jié)點(diǎn)均在球外的單元為砂漿單元；所有結(jié)點(diǎn)均在球內(nèi)的單元為骨料單元；單元部分結(jié)點(diǎn)在球內(nèi)，部分結(jié)點(diǎn)在球外的單元，暫定為相交單元．圖３所示的單元即為相交單元．對(duì)于砂漿單元和骨料單元不做處理．對(duì)于相交單元?jiǎng)t進(jìn)行如下的處理：球體骨料和背景網(wǎng)格的單元相交之后，新增點(diǎn)、線、面、子單元，然后再將新增子單元進(jìn)行細(xì)分成有限單元．可以看出單元切割法主要涉及的幾何拓?fù)溆?jì)算算法如下．圖１球體骨料圖２投放域的背景網(wǎng)格圖Ｆｉｇ．１ＳｐｈｅｒｅａｇｇｒｅｇａｔｅＦｉｇ．２Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｍｅｓｈ圖３單元切割法示意圖Ｆｉｇ．３Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｅｌｅｍｅｎｔｃｕｔｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄ２．１背景網(wǎng)格拓?fù)湫畔?duì)于背景網(wǎng)格，首先需要得到幾何拓?fù)湫畔�，包括模型中的單元總�?shù)、結(jié)點(diǎn)總數(shù)、單元棱線的總數(shù)、面的總數(shù)、共棱線的面數(shù)及面號(hào)、面相鄰的單元號(hào)等．２．２新增交點(diǎn)的形成對(duì)于圖３所示的模型，背景網(wǎng)格中的單元ＡＢ－ＣＤＥＦＧＨ的１２條棱線分別被球Ｏ１、Ｏ２切割．對(duì)于每條棱線的兩個(gè)端點(diǎn)，如果兩個(gè)端點(diǎn)分別在球面的兩側(cè)，那么該條棱線被球面切割，新增一個(gè)交點(diǎn)，并求出該交點(diǎn)的坐標(biāo)．背景網(wǎng)格中的單元被所有的球體切

２５３２８０６８８４０～８０ｍｍ大石顆粒數(shù)００００４７１２９８０～１５０ｍｍ特大石顆粒數(shù)０００００１８圖４～６給出了濕篩二級(jí)配、三級(jí)配以及全級(jí)配混凝土的細(xì)觀力學(xué)模型，圖７為采用本文提出的單元切割法生成的有限元網(wǎng)格．圖４二級(jí)配混凝土細(xì)觀模型Ｆｉｇ．４Ｔｗｏ－ｇｒａｄｅｄｓｐｈｅｒｅａｇｇｒｅｇａｔｅｃｏｎｃｒｅｔｅｍｏｄｅｌ圖５三級(jí)配混凝土細(xì)觀模型Ｆｉｇ．５Ｔｈｒｅｅ－ｇｒａｄｅｄｓｐｈｅｒｅａｇｇｒｅｇａｔｅｃｏｎｃｒｅｔｅｍｏｄｅｌ圖８和圖９分別為全級(jí)配混凝土細(xì)觀模型有限元網(wǎng)格Ｙ＝０．０ｍｍ及Ｘ＝０．０ｍｍ剖面的網(wǎng)格平切圖，可以看出球形骨料里面以及骨料外面的砂漿單元均為六面體單元，球形骨料附近的單元被細(xì)分．利用本文方法生成的有限元網(wǎng)格形狀比較均勻規(guī)則，，能夠用于細(xì)觀力學(xué)的計(jì)算分析．本文提出的單元切割法在個(gè)人計(jì)算機(jī)平臺(tái)Ｉｎ－ｔｅｌ（Ｒ）Ｃｏｒｅ（ＴＭ）ｉ７－３７７０ＣＰＵ＠３．４０ＧＨｚ上很快就得到了有限元網(wǎng)格，而有限元軟件劃分網(wǎng)格時(shí)運(yùn)圖６全級(jí)配混凝土細(xì)觀模型Ｆｉｇ．６Ｆｕｌｌ－ｇｒａｄｅｄｓｐｈｅｒｅａｇｇｒｅｇａｔｅｃｏｎｃｒｅｔｅｍｏｄｅｌ圖７全級(jí)配混凝土有限元網(wǎng)格圖Ｆｉｇ．７ＦＥＭｍｅｓｈｏｆｆｕｌｌ－ｇｒａｄｅｄｓｐｈｅｒｅａｇｇｒｅｇａｔｅｃｏｎｃｒｅｔｅｍｏｄｅｌ圖８全級(jí)配細(xì)觀模型有限元網(wǎng)格的平切圖Ｙ＝０．０ｍｍＦｉｇ．８ＳｌｉｃｅｏｆＹ＝０．０ｍｍｐｌａｎｅｏｆＦＥＭｍｅｓｈｏｆｆｕｌｌ－ｇｒａｄｅｄｓｐｈｅｒｅａｇｇｒｅｇａｔｅｃｏｎｃｒｅｔｅｍｏｄｅｌ圖９全級(jí)配細(xì)觀模型有限元網(wǎng)格
【作者單位】： 長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院;武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào):51079109) 中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助(編號(hào):201120602020003)
【分類號(hào)】：TV431

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