一种水泥稳定再生集料的三维细观结构的建模分析方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115050431A(43)申请公布日2022.09.13(21)申请号202210449026.9G06F111/04(2020.01)(22)申请日2022.04.27G06F111/08(2020.01)G06F111/10(2020.01)(71)申请人中南大学地址410083湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号申请人湖南省交通科学研究院有限公司(72)发明人肖源杰华文俊李志勇陈宇亮谢峰王小明孟凡威(74)专利代理机构长沙知行亦创知识产权代理事务所(普通合伙)43240专利代理师严理佳(51)Int.Cl.G16C60/00(2019.01)G16C10/00(2019.01)G06F30/25(2020.01)权利要求书2页说明书9页附图7页(54)发明名称一种水泥稳定再生集料的三维细观结构的建模分析方法(57)摘要本发明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，包括步骤：拟定模型的形状和尺寸；拟定所述模型中各粒径范围内颗粒相的体积之和与颗粒数目；生成所有粒径范围内的颗粒模型；将颗粒模型压缩至实际尺寸；将模型空间离散为物质点；赋予各物质点以材料属性；随机删除基体相粒子。该方法适用于构建考虑水泥稳定再生集料三维细观结构特征的物质点类的数值模型，尤其是在高骨料掺量的情况下，克服了一般随机骨料模型投放成功率低的缺点，可保证粒间接触紧密，该方法可方便地生成指定级配和颗粒形状的水泥稳定再生集料，量化评价其颗粒骨架结构和空隙特征。CN115050431ACN115050431A权利要求书1/2页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PFC3D软件随机生成等效直径在ij尺寸范围内均匀分布的N个球形或非球形的颗粒模型，且各个~(i‑j)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PFC3D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PFC3D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PFC3D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ij尺寸范围内颗粒相的体积之和V，将所述V除~(i‑j)(i‑j)以直径为(i+j)/2的球体的体积，进行四舍五入运算得到该i~j尺寸范围内颗粒的个数2CN115050431A权利要求书2/2页N(i‑j)；S32，在所述膨胀后的模型空间内，随机选取一个点，并以该点为质心生成一个等效直径