一种纤维混凝土二维纤维随机分布模型的生成方法技术

本发明专利技术属于纤维混凝土细观数值试验前处理技术领域，具体的说是一种纤维混凝土二维纤维随机分布模型的生成方法。主要包括以下步骤：在二维基体形成的面域内随机生成纤维中点P

【技术实现步骤摘要】
一种纤维混凝土二维纤维随机分布模型的生成方法


[0001]本专利技术属于纤维混凝土细观数值试验前处理
，具体的说是一种纤维混凝土二维纤维随机分布模型的生成方法。

技术介绍

[0002]纤维混凝土通过在混凝土基体中掺入随机分布的纤维后形成了一种新型多相复合材料，可以明显地提升混凝土抗拉性能，提高其开裂强度，进而提高其耐久性和使用寿命。这使得纤维混凝土被广泛应用于工程项目中。目前，国内外学者对纤维混凝土材料的性能进行了大量的研究与反洗，但大多数研究建立在宏观试验的基础上，而不同的试验条件及复杂的材料构成等因素往往使试验结果离散性较大。而从细观力学角度出发建立纤维混凝土细观力学数值模模型，模拟纤维分布的多相性、非均匀性和随机性，不仅可避免实际试验中人为及环境因素的影响，还能节省大量的人力和物力，为研究纤维混凝土的开裂机理提供了一种有效分析手段。

技术实现思路

[0003]本专利技术提出一种纤维混凝土二维纤维随机分布模型的生成方法，该方法是在混凝土基体模型中随机生成纤维，即根据设定的纤维参数随机在混凝土基体模型内生成纤维单元。该方法概念清晰，使用简洁，为考虑纤维分布的纤维混凝土细观分析提供了一种有效的工具。
[0004]本专利技术通过以下述技术方案实现上述目的，包括以下步骤:
[0005]步骤1：确定待生成纤维混凝土基体中纤维单元有几类纤维，各类纤维的长度及数量。
[0006]步骤2：在全局坐标系OXY下，在纤维混凝土基体外接矩形域内{x0,x1；y0,y1}形成的面域内随机生成纤维中点P
m
，其中P
m
点的X轴坐标x
m
、Y轴坐标y
m
，采用随机函数生成，并满足x0≤x
m
≤x1,y0≤y
m
≤y1；
[0007]步骤3：以纤维中点P
m
(x
m
,y
m
)为极点建立极坐标系
[0008]步骤4：在极坐标系下，采用随机函数生成纤维的的极角α并依据纤维长度L得纤维起始点坐标P
s
(x
m
‑
L
·
cosα/2,y
m
‑
L
·
sinα/2)、P
e
(x
m
+L
·
cosα/2,y
m
+L
·
sinα/2)。
[0009]步骤5：如图3所示，分别以纤维两端点P
s
(x
ps
,y
ps
)，P
e
(x
pe
,y
pe
)为起点建立水平射线，分别判定其与纤维混凝土外边界线段的交点数，即假定纤维混凝土的一条外边界线段为CD，其坐标分别为C(x
c
,y
c
)，D(x
d
,y
d
)，若(y
ps
‑
y
c
)
·
(y
ps
‑
y
d
)≤0同时x
ps
≤max[x
c
；x
d
]则纤维端点P
s
为起点的水平射线与基体边界CD有交点，同理分别判断点P
s
、P
e
与基体外边界的交点数，若P
s
、P
e
交点数均为奇数，则保存纤维P
s
P
e
，否则删除纤维P
s
P
e
。
[0010]步骤6：如图4所示，针对通过步骤5判定的纤维，计算纤维线段是否与纤维混凝土外边界线段相交，如果2个线段相交，则两个线段必然互相跨立对方。若P
s
P
e
的跨立AB，则矢
量(P
s
‑
A)和(P
e
‑
A)位于(B
‑
A)的两侧，(通过矢量叉积判断拐向)即(P
s
‑
A)
×
(B
‑
A)
×
(P
e
‑
A)
×
(B
‑
A)<0。
[0011]进一步地，当(P
s
‑
A)
×
(B
‑
A)＝0时，说明(P
s
‑
A)和(B
‑
A)共线，因为已经通过了快速排斥，所以P
s
一定是在AB上。同理(P
e
‑
A)
×
(B
‑
A)＝0则P
e
一定是在上。综上P
s
P
e
和AB互相跨立：
[0012]1.(P
s
‑
A)
×
(B
‑
A)
×
(P
e
‑
A)
×
(B
‑
A)≤0
[0013]2.(A
‑
P
s
)
×
(P
e
‑
P
s
)
×
(B
‑
P
s
)
×
(P
e
‑
P
s
)≤0
[0014]同理依次判定纤维P
s
P
e
是否与纤维混凝土外边界线段相交，若相交则删除纤维P
s
P
e
。
[0015]步骤7：存储通过步骤5
‑
6判定的纤维，并依据设定的纤维随机从剩余的纤维单元中抽取纤维。
[0016]通过上述技术方案，在全局坐标OXY下，在纤维混凝土基体面域内采用随机函数生成纤维中点P
m
，有效保证了纤维生成的随机性；在纤维中点建立极坐标系并依据随机函数生成极角α有效保证了纤维方向的随机性；通过步骤5～6判定纤维的两端点是否处于基体面域及纤维是否与基体外边界相交，能有效保证在基体边缘纤维的有效分布。
[0017]本专利技术还提供了一种用于纤维混凝土二维纤维随机分布模型的生成方法的系统，该系统基于Matlab平台，包括：
[0018]第一生成模块，用于在纤维混凝土基体外接矩形域内{x0,x1；y0,y1}形成的面域内随机生成纤维中点P
m
；其中P
m
点的X轴坐标x
m
、Y轴坐标y
m
，采用随机函数生成，并满足x0≤x
m
≤x本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纤维混凝土二维纤维随机分布模型的生成方法，所述生成方法基于Matlab平台，其特征在于，包括以下步骤：确定待生成纤维混凝土基体中纤维单元有几类纤维，各类纤维的长度及数量；在全局坐标系OXY下，在纤维混凝土基体外接矩形域内{x0,x1；y0,y1}形成的面域内随机生成纤维中点P
m
，其中P
m
点的X轴坐标x
m
、Y轴坐标y
m
，采用随机函数生成，并满足x0≤x
m
≤x1,y0≤y
m
≤y1；以纤维中点P
m
(x
m
,y
m
)为极点建立极坐标系在极坐标系下，采用随机函数生成纤维的的极角α并依据纤维长度L得纤维起始点坐标P
s
(x
m
‑
L
·
cosα2,y
m
‑
L
·
sinα2)、P
e
(x
m
+L
·
cosα2,y
m
+L
·
sinα2)；判定以纤维端点P
s
、P
e
为起点的水平射线与纤维混凝土外边界线段的交点数，若P
s
、P
e
交点数均为奇数，则保存纤维P
s
P
e
，否则删除纤维P
s
P
e
；针对通过上一步判定的纤维，判定纤维线段是否与纤维混凝土外边界线段相交，若相交则删除纤维P
s
P
e
；存储通过上述判定的纤维，并依据设定的纤维随机从剩余的纤维单元中抽取纤维。2.根据权利要求1所述的纤维混凝土二维纤维随机分布生成方法，判定以纤维端点P
s
、P
e
为起点的水平射线与纤维混凝土外边界线段的交点数，若P
s
、P
e
交点数均为奇数，则保存纤维P
s
P
e
，否则删除纤维P
s
P
e
，其特征在于，所述纤维端点P
s
(x
ps
,y
ps
)水平射线与纤维混凝土基体边界C(x
c
,y
c
)，D(x
d
,y
d
)有交点的判定条件为(y
ps
‑
y
c
)
·
(y
ps
‑
y
d
)≤0同时x
ps
≤max[x
c
；x
d
]。3.根据权利要求2所述的纤维混凝土二维纤维随机分布生成方法，其特征在于，所述纤维两端点P
s
(x
ps
,y
ps
)，P
e
(x
pe
,y
pe
)与基体边界C(x
c
,y
c
)，D(x
d
,y
d
)相交的判定条件为(P
s
‑
A)
×
(B
‑
A)
×
(P
e
‑
A)
×
(B
‑
A)≤0，(A
‑
P
s
)
×
(P
e
‑
P
s
)
×
(B
‑
P
s
)
×
(P
e
‑
P
s
)≤0。4.一种用于纤维混凝土二维纤维随机分布模型的生成方法的系统，基于Ma...

【专利技术属性】
技术研发人员：许为民，李盘山，弓正，常付平，陈亮，侯守军，许凯峰，王倩，李明颖，周宁，孙世强，
申请(专利权)人：上海市政工程设计研究总院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：