摘要：将混凝土假定为由骨料和砂浆组成的两相复合材料,研究了球形、椭球形和两者混合体的边界和干涉判断数学条件;设计了球形、椭球形骨料随机投放算法,并利用MATLAB编制相应程序,生成了混凝土细观层次三维随机几何模型;采用相邻骨料颗粒中心距判断球形骨料的干涉关系,利用一个椭球上任一点与另一个椭球形心连线构成的直线段上的任一点与该椭球的关系判断椭球形骨料的干涉关系,将两椭球之间的干涉关系转化为一点与椭球的关系;基于MATLAB平台开发了mat2scr2017程序,将MATLAB中的图形文件数据读入SCR脚本文件中,将mat2scr 2017程序生成的随机骨料模型转化为AutoCAD图形文件,并导入有限元软件COMSOL Multiphysics中剖分混凝土几何模型有限元网格。研究结果表明:建立的随机骨料模型的骨料体积率可达到50%,骨料粒径和投放位置均满足随机性要求;椭球形随机骨料投放算法简单、高效,且能保证椭球自身倾角的随机性;模型适用于任意级配混凝土的生成,对连续级配混凝土骨料的逐级随机投放保证了各级配骨料的体积率;实现了MATLAB图形向AutoCAD图形的转换,极大地提高了混凝土随机骨料模型的通用性;所建混凝土模型网格剖分满足骨料、砂浆交界处网格一致性要求,满足有限元分析的需要。

摘要：为了建立细观随机混凝土模型,将混凝土假定为由粗骨料和水泥砂浆组成的两相复合材料,根据常用骨料的类型,将其分别假定为圆形、椭圆形、凸多边形3种截面形状,分别给出了二维卵石和碎石骨料的随机投放算法,并利用MATLAB软件编制了相应程序,从而实现了细观层次随机混凝土模型的数值计算。为了使MATLAB生成的随机混凝土模型能被有限元程序调用,并对混凝土物理力学性能作进一步分析,研制了fig2dxf程序,将MATLAB中图形文件转换为.dxf格式,实现了随机骨料模型与有限元软件的无缝对接。研究结果表明:建立的随机骨料模型既满足骨料体积的等效性,又保证了骨料粒径的随机性,骨料含量水平较高;圆形和椭圆形随机混合骨料更符合随机性要求和实际情况;凸多边形骨料随机投放算法简单,同时巧妙地消除了多边形骨料的尖角;利用常用的有限元软件ANSYS等对生成的随机骨料进行网格划分的效果较好;用建立的模型生成标准混凝土试件符合规范要求,并能满足有限元细观分析的需要,为进一步研究混凝土细观物理、力学性能提供了可靠基础。