【技术实现步骤摘要】
一种混凝土三维多相细观模型的建立与数值模拟方法
[0001]本专利技术涉及一种混凝土三维多相细观模型的建立与数值模拟方法，属于混凝土材料数值模拟领域。
技术介绍
[0002]近年来，我国城市化进程不断推进，重大基础设施建设和工程建设正处在高速发展阶段，如混凝土坝、核电站混凝土保护壳、高耸建筑物、高速铁路、跨海大桥等大型工程都与混凝土材料有着紧密联系，现代化工程的建设也对混凝土材料的性能提出了更高要求。作为当前应用最为广泛的建筑材料之一，混凝土的安全性和可靠性直接影响到建筑结构安全。
[0003]混凝土自身的非均质性及其复杂的内部结构，使得其失效破坏机理非常复杂。根据研究侧重点的不同，学者们建立了各种不同的混凝土细观模型。多相细观模型考虑了混凝土内部的非均质性和各相不同的力学参数，因而在混凝土失效破坏问题的模拟中具有优越性。
[0004]由于混凝土二维细观模型的建模和计算过程相对简单，早期的研究多集中在二维层面，但实际工程中除了可简化为平面应力问题(如薄板)和平面应变问题(如重力坝)的三维问题以外，很多问题难以...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种混凝土三维多相细观模型的建立与数值模拟方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤S1：建立混凝土三维随机骨料模型，且所述的混凝土三维随机骨料模型包括三维球形骨料模型、三维椭球骨料模型以及三维随机凸多面体骨料模型；步骤S2：基于步骤S1建立的混凝土三维随机骨料模型，定义骨料单元，同时依据混凝土试件的尺寸定义砂浆单元，建立界面过渡区非一致性混凝土三维多相细观模型；步骤S3：对界面过渡区非一致性混凝土三维多相细观模型设置内外网格过渡面；步骤S4：基于步骤S3获得的模型，使用位移加载方法进行混凝土试件三维失效破坏过程的数值模拟。2.根据权利要求1所述的混凝土三维多相细观模型的建立与数值模拟方法，其特征在于：在步骤S1中，建立混凝土三维随机骨料模型的步骤具体为：步骤S11：确定各粒径范围内骨料数目，采用Fuller级配公式获取各粒径范围内骨料占总骨料总体积的百分比，Fuller级配公式为式(1)中，D0为筛孔直径，D
max
为通过筛孔的最大骨料粒径，P
c
(D<D0)为通过直径为D0的筛孔的骨料累计体积百分比，即为粒径范围内骨料占总体积的百分比；将获取的粒径范围内骨料占总体积的百分比代入公式(2)确定各粒径范围内骨料数目，公式(2)为式(2)中，D
i
为该粒径范围的骨料代表粒径，V为骨料总体积，P
ci
为该粒径范围骨料体积占骨料总体积的百分比；步骤S12：根据蒙特卡洛原理，对各粒径范围内骨料的参数进行随机生成，所述的参数包括骨料的位置以及尺寸参数；步骤S13：利用获得的各粒径范围内的骨料参数对骨料进行相离判断，即对球形骨料、椭球骨料以及随机凸多面体骨料进行相离判断；步骤S14：将前述判断结果的Python程序嵌入ABAQUS中，生成三维随机骨料几何模型。3.根据权利要求2所述的混凝土三维多相细观模型的建立与数值模拟方法，其特征在于：步骤S13中，骨料的相离判断，主要包括球形骨料的有效性判定方法、空间椭球体的二次型矩阵和椭球骨料的有效性判定方法；其中，球形骨料的有效性判定方法为：设球形骨料A
i
(x
ci
,y
ci
,z
ci
)，球形骨料A0(x
c0
,y
c0
,z
c0
)，球形骨料A
i
、球形骨料A0的半径分别为r
i
、r0，则判断方程为那么，设边界长方体左下角点和右上角点的坐标分别为(x
L
,y
L
,z
L
)和(x
U
,y
U
,z
U
)，各球形骨料的球心为A
i
，球心坐标为(x
ci
,y
ci
,z
ci
)，半径为r
i
，则球形骨料A
i
与边界相离的判断方程为：球形骨料A0为在球形骨料A
i
的基础上采用内接方法生成的随机凸多面体骨料，随机凸
多面体骨料A0的各顶点位置均随机且在其外接球形骨料A
i
球面上，随机凸多面体各顶点的坐标表示为式(4)中，球形骨料A0的球心坐标为(x
c0
,y
c0
,z
c0
)，半径为r0，将坐标设为起始于y轴，以顺时针方向为正，α
i
为从z轴偏移的角度，以顺时针方向为正，β
i
为xOy平面内绕球心转过的角度；那么，同样的，设边界长方体左下角点和右上角点的坐标分别为(x
L
,y
L
,z
L
)和(x
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