基于离散元的纤维混凝土抗裂性能三维细观仿真方法技术

本发明专利技术提出一种基于离散元的纤维混凝土抗裂性能三维细观仿真方法，所述方法包括：建立目标纤维混凝土采用的各级配粗骨料和纤维的实际三维模型；在目标空间内随机生成不同角度的纤维颗粒并进行骨料投放；以纤维、骨料、砂浆相互之间的粘结强度为输入，在目标纤维混凝土模型的颗粒间建立粘结接触关系，生成纤维混凝土试件；对纤维混凝土试件进行固结和加载，进行初始平衡状态分析；对纤维混凝土试件施加边界条件，通过三点弯曲试验加载外部荷载测量纤维混凝土断裂力学性能。本发明专利技术基于粗骨料和纤维的实际三维模型来建立离散元模型，建立粘结接触关系时，考虑了纤维对砂浆和骨料间界面过渡区强度的影响，得能更为准确地模拟纤维混凝土的抗裂性能。凝土的抗裂性能。凝土的抗裂性能。

【技术实现步骤摘要】
基于离散元的纤维混凝土抗裂性能三维细观仿真方法


[0001]本专利技术属于混凝土抗裂性能仿真领域，具体涉及一种基于离散元的纤维混凝土抗裂性能三维细观仿真方法。

技术介绍

[0002]断裂是混凝土的基本现象，在混凝土中掺入纤维能有效阻止混凝土的开裂，因此其被广泛应用于实际工程。在中尺度上，纤维混凝土可以被认为是一种复合材料，由五个重要部分组成：水泥基质、骨料、界面过渡区(ITZ)、宏观孔隙和所掺入纤维。骨料和ITZ的存在尤其重要，因为混凝土中骨料的体积分数可高达70
‑
75％，而厚度约为50um的ITZ是普通混凝土中最薄弱的区域，初始裂纹往往在该位置产生。纤维的掺入影响了骨料和ITZ之间的粘结性能，不同材料和形状的纤维对其影响程度不同。因此，明确其物理特性并使用合适的断裂预测方法对于结构安全和材料性能优化具有重要意义。
[0003]混凝土力学性能受环境、材料、外加剂等多种因素影响。例如，聚丙烯纤维的使用降低了砂浆和骨料间的粘结性能，但也提高了砂浆的抗裂性能，从细观尺度上对其进行建模，需要明确受力过程中纤维的运动和应力状态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于离散元的纤维混凝土抗裂性能三维细观仿真方法，其特征在于，所述方法包括：建立目标纤维混凝土采用的各级配粗骨料和纤维的实际三维模型；基于纤维的实际三维模型在目标空间内随机生成不同角度的纤维颗粒；基于粗骨料的实际三维模型在目标空间内进行骨料投放，建立目标纤维混凝土模型；以纤维、骨料、砂浆相互之间的粘结强度为输入，在目标纤维混凝土模型的颗粒间建立粘结接触关系，生成纤维混凝土试件；在PFC3D软件中通过赋予墙体速度来对纤维混凝土试件进行固结和加载，进行初始平衡状态分析；对纤维混凝土试件施加边界条件，通过三点弯曲试验加载外部荷载测量纤维混凝土断裂力学性能。2.根据权利要求1所述的基于离散元的纤维混凝土抗裂性能三维细观仿真方法，其特征在于，所述基于纤维的实际三维模型在目标空间内随机生成不同角度的纤维颗粒具体包括：建立目标纤维混凝土模型的目标空间；确定目标纤维混凝土模型的相关参数，相关参数包括密度、有效模量、刚度比、摩擦系数和孔隙率；基于目标纤维混凝土模型的相关参数和几何尺寸计算纤维含量，基于纤维含量、纤维的实际三维模型和组成纤维的颗粒尺寸在目标空间内随机生成不同角度的纤维颗粒。3.根据权利要求2所述的基于离散元的纤维混凝土抗裂性能三维细观仿真方法，其特征在于，所述基于目标纤维混凝土模型的相关参数和几何尺寸计算纤维含量的公式为：M＝V(1
‑
porosity)ρ
球
+V
纤维
ρ
纤维
其中，ω1为纤维含量，ρ
纤维
为纤维密度，V
纤维
为纤维体积，porosity为孔隙率，V为目标纤维混凝土模型的总体积，ρ
球
为生成颗粒单元的密度，M为目标纤维混凝土的总质量。4.根据权利要求1所述的基于离散元的纤维混凝土抗裂性能三维细观仿真方法，其特征在于，所述基于粗骨料的实际三维模型在在目标空间内进行骨料投放，建立目标纤维混凝土模型具体包括：根据骨料级配及其所占比例信息生成不同粒径大小的圆形颗粒投入目标空间内，与不同角度的纤维颗粒接触；导入粗骨料实际三维模型文件，将不同粒径大小的圆形颗粒替换为不同级配粗骨料的实际三维模型；对于粒径小于2mm的细骨料，用圆形颗粒进行建模，对于砂浆，使用粒径2～4mm的圆形颗粒进行建模，将细骨料、砂浆的颗粒投入目标空间内，得到目标纤维混凝土模型。5.根据权利要求4所述的基于离散...

【专利技术属性】
技术研发人员：周明，姜炜，张君健，李学俊，赵远庆，夏智，罗昌宏，韦正平，袁任重，廖春桃，魏丙岩，何雄君，
申请(专利权)人：湖北交投鄂西高速公路建设管理有限公司湖北省智慧交通研究院有限公司中铁大桥局集团第六工程有限公司中南勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：