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专利号: 2022108250404
申请人: 重庆交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.混凝土三维细观数值模型构建方法,其特征在于:包括以下步骤:S1:构建三维多面体集料模型,根据集料粒径范围生成不同粒径大小的三维多面体集料;

S2:将三维多面体集料按照粒径di从大到小进行排序,并按照排列顺序将第i个多面体集料进行随机投放,通过Monte‑Carlo法随机在L×M×H的混凝土三维细观模型线框中生成第i个多面体集料最小外接球的球心坐标;

重叠判别:判断第i个多面体集料是否会与之前已投放的i‑1个集料重叠;采用多面体集料最小外接球球心距Li,j与多面体集料最小外接球的半径之和Lr‑i,j二者的关系来进行重叠判别,记录并保存满足条件Li,j≥Lr‑i,j的多面体集料几何信息;

其中,Li,j为相邻两多面体集料最小外接球球心距;Lr‑i,j为相邻两多面体集料最小外接球半径之和;

S3:构建并生成第i个多面体集料的界面区,记录第i个多面体集料的界面区信息;

S4:直到全部多面体集料投放完毕,即完成混凝土三维细观数值模型的构建;

其中,步骤S2中的混凝土三维细观数值模型中多面体集料的随机投放,具体过程如下:步骤S21:设置集料投放基本参数,所述集料投放基本参数包括集料投放边界距离ba,所述集料投放边界距离ba为净浆层厚度;

步骤S22:将生成的全部多面体集料按照粒径di从大到小降序排序,保证投放集料时按照粒径从大到小投放;

步骤S23:随机投放第i个多面体集料:基于Monte‑Carlo法随机在L×M×H的混凝土三维数值模型线框中生成第i个多面体集料最小外接球的球心坐标,其横、纵、竖坐标的取值范围如下:di/2+ba≤xi≤L‑di/2‑ba

di/2+ba≤yi≤M‑di/2‑ba

di/2+ba≤zi≤H‑di/2‑ba

其中,L、M、H分别为混凝土细观模型的长、宽、高;di为第i个集料粒径;

步骤S24:重叠判别:判断第i个多面体集料是否会与之前已投放的i‑1个集料重叠;采用多面体集料最小外接球球心距Li,j与多面体集料最小外接球的半径之和Lr‑i,j二者的关系来进行重叠判别;

Lr‑i,j=(di+dj)/2

式中:Li,j为相邻两多面体集料最小外接球球心距;Lr‑i,j为相邻两多面体集料最小外接球半径之和;

判断计算得到的Li,j是否满足Li,j≥Lr‑i,j,若不满足,返回执行步骤S23,若满足,则继续执行步骤S25;

步骤S25:保存并更新第i个多面体集料的几何信息,所述几何信息包括粒径、角点数量、角点坐标、体积、最小外接球球心坐标;

步骤S26:判断多面体集料是否投放完毕:判断i是否满足i≥na,na表示已生成的集料数量;若不满足,则令i=i+1,返回循环执行步骤S23,若满足,则多面体集料投放完毕。

2.如权利要求1所述的混凝土三维细观数值模型构建方法,其特征在于:所述步骤S1中构建三维多面体集料模型按照以下步骤进行:步骤(1):确定三维多面体集料模型中的基本参数;

步骤(2):随机生成第i个多面体集料粒径di;

步骤(3):判断集料粒径di是否满足dmin≤di≤dmax,若满足,继续执行步骤(4),若不满足,则返回重新执行步骤(2);其中,集料最小粒径dmin、最大粒径dmax;

步骤(4):生成粒径为di的多面体集料模型;

步骤(5):计算第i个集料体积vai并按照以下方式判断是否满足集料体积占比Ca0:判断第i个集料体积占比Cai是否满足Cai≥Ca0,若满足,则继续执行步骤(6),若不满足,则返回重新执行步骤(2),其中,Cai为第i个集料体积占比,Ca0表示集料体积占比;

步骤(6):记录并保存第i个多面体集料信息;

步骤(7):按照以下方式判断集料是否生成完毕:

判断集料累计体积va是否满足va≥vas,若不满足,令i=i+1,返回步骤(2);

若满足,则三维多面体集料生成完毕,其中,vas为混凝土集料总体积。

3.如权利要求2所述的混凝土三维细观数值模型构建方法,其特征在于:所述步骤(2)中的第i个多面体集料粒径di按照以下步骤生成:根据Monte‑Carlo算法生成区间[0,1]内的任意随机数Fi,并根据Fuller级配公式(1)求解得到符合Fuller级配曲线的多面体集料粒径di;

其中,di表示第i个集料的粒径。

4.如权利要求2所述的混凝土三维细观数值模型构建方法,其特征在于:所述步骤(4)的多面体集料模型按照以下方式构建:以(0,0,0)为中心点坐标生成直径为di的球,在球内及球面上任意取点并根据所取的点采用德洛内三角网算法构建粒径为di的多面体集料。

5.如权利要求2所述的混凝土三维细观数值模型构建方法,其特征在于:所述步骤(5)中的集料体积占比Cai按照以下公式计算:3

Cai=vai/vsi=vai/(π*di/6) (2)式中:Cai为第i个集料体积占比;vai为第i个多面体集料体积;vsi为第i个集料对应的最小外接球的体积。

6.如权利要求1所述的混凝土三维细观数值模型构建方法,其特征在于:所述步骤S3按照以下步骤构建并生成第i个多面体集料的界面区:步骤S31:设置界面区基本参数;

步骤S32:生成第i个多面体集料的界面区,多面体集料界面区厚度按以下公式计算;

titz=δ*R (4)

式中:titz为界面区厚度,δ为界面区厚度倍数,R为集料最小外接球中心点距离多面体角点的距离;

将多面体集料外接球球心0与集料任一角点A相连,得到集料中心点与角点A的距离ROA,延长R0A的δ倍至A’点,延长距离即为该处界面区厚度titz;

其中,A’点坐标的计算表达式为:

式中:(x0,y0,z0)为多面体集料中心点的坐标;(xA,yA,zA)为集料角点A的坐标;

(xA’,yA’,zA’)为生成的界面区角点A’的坐标;δ为界面区厚度倍数;

步骤S33:记录第i个多面体集料界面区的信息;

步骤S34:判断集料界面区是否生成完毕:判断i是否满足i≥na,若不满足,则令i=i+1,返回循环执行步骤S32,若满足,则全部多面体集料的界面区生成完毕;其中,na表示已生成的集料数量。