【技术实现步骤摘要】
一种水泥稳定再生集料的三维细观结构的建模分析方法
[0001]本专利技术属于计算材料学领域,尤其涉及一种水泥稳定再生集料的三维细观结构的建模分析方法。
技术介绍
[0002]在细观尺度上,水稳建筑垃圾再生集料由天然碎石与砖粉碎料等多种骨料、砂浆、界面过渡区和孔隙组成。具有材料类型多样、骨料含量高、颗粒形状复杂、级配宽等细观结构特征,其宏观层次上的复杂变形及力学响应是其细观乃至微观组成与结构的体现。另外,水泥砂浆是一种多相材料混合物,在微观层次上,硬化浆体包含有水化产物、毛细孔隙、未水化颗粒等物相,其材料属性在空间上的分布存在随机性。水稳建筑垃圾再生集料强度主要来源于骨料颗粒间的嵌挤锁结,同时有足够的灰浆体积来填充骨料之间的空隙。
[0003]当前水稳建筑垃圾再生集料的细观非均质数值模型主要通过随机投放法和Voronoi法来实现,然而这两种方法难以生成同时满足致密度要求与颗粒形态不规则的颗粒堆积结构,其也往往忽略砂浆粘结材料的细观非均质特性,而简单地将其看作是一种均质体。
[0004]因此,建立充分考虑骨料细观结构特征和水泥砂浆材料内部非均质特性的精细化三维细观结构模型是研究水稳建筑垃圾再生集料力学性能的重要基础。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种水泥稳定再生集料的三维细观结构的建模分析方法,借助颗粒离散元数值模拟,可以得到与真实材料一致的粒度分布与全局孔隙率,并能准确地表征水稳建筑垃圾再生集料内部孔隙空间分布特征与颗粒接触关系,具有 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种水泥稳定再生集料的三维细观结构的建模分析方法,其特征在于:包括步骤:S1,确定欲构建的不规则形态颗粒集合体的实际尺寸与膨胀系数;S2,采用配点法将步骤S1中拟定的所述实际尺寸模型离散成配置点位于中心且网格均匀的立方体子域,并将所述立方体子域中所有物质点的材料分组编号初始化为第一预设值;S3,根据预定的级配,确定在所述预定的级配范围内的i~j尺寸范围内颗粒的个数N
(i
‑
j)
,其中,,I为所述预定的级配范围内的最大粒径;S4,根据所述实际尺寸模型以及所述膨胀系数,在膨胀后的模型空间内,利用PFC
3D
软件随机生成等效直径在i~j尺寸范围内均匀分布的N
(i
‑
j)
个球形或非球形的颗粒模型,且各个颗粒均不与周围的颗粒产生重叠;S5,在范围内,重复所述步骤S3和S4,生成所有粒径范围内的所述颗粒模型;S6,利用所述PFC
3D
软件对加载板以预设的竖直向下的速度,使所述膨胀后的模型空间压缩至符合步骤S1中的所述实际尺寸,得到第一压缩模型;S7,在所述PFC
3D
软件中对所述加载板以预设的的竖直向下的荷载,对所述第一压缩模型进行模拟压缩,利用PFC
3D
软件中的solve命令迭代求解至平衡状态,获得压缩后的第二压缩模型,并在所述第二压缩模型内确定每个所述颗粒模型的颗粒信息,所述颗粒信息包括颗粒ID、质心坐标、半径和分组编号信息;S8,针对压缩后的第二压缩模型的每个所述颗粒模型,查找距离一个所述颗粒模型的质心坐标指定半径范围内的物质点,通过对每个所述颗粒模型进行递归操作完成每个所述物质点的材料分组编号的指派;S9,采用蒙特卡洛方法随机删除所述物质点中材料分组编号为所述初始化的第一预设值的代表基体相的物质点,且基体相粒子的最小接触数不小于3,以获得最终的所述不规则形态颗粒集合体模型。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤S2中,将所述实际尺寸模型离散成配置点位于中心且网格均匀的立方体子域的方法,包括步骤:S21,按照比例设定所述实际尺寸模型沿X方向、Y方向和Z方向上的所述物质点的个数,所述物质点的大小等于所述实际尺寸模型的高度除以所述实际尺寸模型沿Z方向上的物质点的个数;S22,通过递归实现所述物质点空间坐标的分配,保证相邻的所述物质点之间的距离等于所述物质点的大小;S23,使用代数表达式制作过滤器,通过布尔运算过滤出特定空间范围内的物质点;S24,定义一个元素个数等于步骤S23在所述实际尺寸模型的所述物质点个数且数值均为“0”的一维数组作为所述材料属性的标识;其中,“0”为所述第一预设值,代表基体相粒子。3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤S4中,所述随机生成等效直径在i~j尺寸范围内均匀分布的N
(i
‑
j)
个球形或非球形的颗粒模型的获得方法,包括步骤:S31,根据所述预定的级配,获得i~j尺寸范围内颗粒相的体积之和V
(i
‑
j)
,将所述V
(i
‑
j)
除以直径为(i+j)/...
【专利技术属性】
技术研发人员:肖源杰,华文俊,李志勇,陈宇亮,谢峰,王小明,孟凡威,
申请(专利权)人:湖南省交通科学研究院有限公司,
类型:发明
国别省市:
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