一种高效构建三维随机骨料混凝土细观模型的方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114758094A(43)申请公布日2022.07.15(21)申请号202210361723.9(22)申请日2022.04.07(71)申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号(72)发明人刘清风周宇(74)专利代理机构上海恒慧知识产权代理事务所(特殊普通合伙)31317专利代理师徐红银禹雪平(51)Int.Cl.G06T17/20(2006.01)G06T7/62(2017.01)G06T7/73(2017.01)权利要求书3页说明书9页附图4页(54)发明名称一种高效构建三维随机骨料混凝土细观模型的方法(57)摘要本发明提供一种高效构建三维随机骨料混凝土细观模型的方法，包括：设定混凝土尺寸、骨料体积分数、骨料粒径区间、界面过渡区厚度等参数；采用富勒级配公式确定骨料级配；采用骨料随机生成函数随机确定一个骨料的平均粒径和顶点数；在骨料的平均粒径的预定范围内随机确定每个骨料的顶点坐标；计算当前已生成骨料的总体积，在当前已生成骨料的总体积满足骨料体积分数时，采用Delaunay三角剖分法和图形包络法构建不规则多面体骨料；采用Delaunay三角剖分法和图形包络法构建界面过渡区域；将骨料按照体积大小排序，并随机投放到混凝土区域。本发明构建方法简单高效，模型投放效率高，骨料空间随机性高，通用性强，可适用于混凝土耐久性方面的各种工况。CN114758094ACN114758094A权利要求书1/3页1.一种高效构建三维随机骨料混凝土细观模型的方法，其特征在于，包括：设定预设长度、预设宽度、预设高度的混凝土区域，混凝土骨料的最大粒径为Dmax、最小粒径为Dmin，骨料体积分数为Va，界面过渡区厚度为t；根据设定的骨料粒径范围，采用富勒级配公式确定骨料级配；根据富勒级配曲线和骨料体积分数，采用骨料随机生成函数随机确定一个骨料的平均粒径和顶点数；在所述骨料的平均粒径的预定范围内随机确定每个骨料的顶点坐标；根据所述骨料的顶点坐标计算当前已生成骨料的总体积，在当前已生成骨料的总体积满足骨料体积分数时，采用Delaunay三角剖分法和图形包络法构建不规则多面体骨料；根据界面过渡区厚度，采用Delaunay三角剖分法和图形包络法在骨料周围构建一层界面过渡区域；将带有所述界面过渡区域的骨料按照体积大小排序，并随机投放到所述混凝土区域，得到三维随机骨料混凝土细观模型。2.根据权利要求1所述的高效构建三维随机骨料混凝土细观模型的方法，其特征在于，所述采用富勒级配公式确定骨料级配，其中，所述富勒级配公式为：其中，P为骨料体积积累分布函数，Di为当前骨料平均粒径，D为骨料平均粒径，Va为骨料体积分数；n为0.3～0.5的系数。3.根据权利要求1所述的高效构建三维随机骨料混凝土细观模型的方法，其特征在于，所述采用骨料随机生成函数随机确定一个骨料的平均粒径和顶点数，其中，所述骨料随机生成函数为：其中，α为0～1的随机数。4.根据权利要求1所述的高效构建三维随机骨料混凝土细观模型的方法，其特征在于，所述在所述骨料的平均粒径的预定范围内随机确定每个骨料的顶点坐标，包括：根据每个骨料的平均粒径确定其顶点数b；在骨料范围内随机选取一点作为骨料的中心点，记为点O；在[0.45Di，0.55Di]范围内随机确定骨料每个顶点与中心点的距离ri为：ri＝0.5D0+0.05D0(2α‑1)，其中，α为0～1的随机数；历遍每一个顶点，将当前顶点记为A，下一个顶点记为B，在[0，2π/b]的范围内确定AOB夹角的水平分量与竖直分量：θi'＝2π(1+(2α‑1)*β/b，2CN114758094A权利要求书2/3页其中，θ'i、为中间变量，θi为AOB夹角的水平分量，为AOB夹角的竖直分量，α、β、γ和η分别为0～1的随机数；将骨料顶点的球坐标转换为直角坐标，坐标变换为：得到骨料顶点相对于骨料中心的坐标(xi，yi，zi)。5.根据权利要求4所述的高效构建三维随机骨料混凝土细观模型的方法，其特征在于，所述根据每个骨料的平均粒径确定其顶点数b，包括：当骨料的平均粒径小于5mm时，骨料顶点数为18～23个；当骨料的平均粒径大于5mm小于9.5mm时，骨料顶点数为20～26个；当骨料的平均粒径大于9.5mm小于18mm时，骨料顶点数为21‑28个；当骨料的平均粒径大于18mm时，骨料顶点数为24～32个。6.根据权利要求1所述的高效构建三维随机骨料混凝土细观模型的方法，其特征在于，所述采用Delaunay三角剖分法和图形包络法构建不规则多面体骨料，包括：采用Delaunay三角剖分法，历遍骨料的每一个顶点，每四个顶点构建一个三角锥网格，采用图形包络方法，只保留图形最外侧的表面，将其余三角锥体删去，得到