一种混凝土结构的细观建模和分析方法

技术特征：
1.一种混凝土结构的细观建模和分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)根据混凝土构件尺寸特征参数，确定格构节点坐标，并连接格构节点得到格构模型的框架，其中，所述格构模型包括格构节点以及格构节点之间相互连接的格构单元；步骤2)根据混凝土材料所使用的各组分材料级配，确定粗骨料粒径和数量以及混凝土各组分的细观二维参数；步骤3)基于随机分布算法、粗骨料粒径和数量生成粗骨粒细观随机分布模型，并根据粗骨料细观随机分布模型赋予格构单元对应的材料属性和单元属性，得到格构模型；步骤4)将格构模型导入abaqus二次开发平台，进行受荷计算，并基于受荷计算结果，对各格构单元的应力状况根据破坏准则进行判别，若判别结果为发生破坏，则将所述格构单元替代为弹性模量和强度均为0的零单元。2.根据权利要求1所述的一种混凝土结构的细观建模和分析方法，其特征在于，所述混凝土构件尺寸特征参数包括混凝土构件的整体尺寸、骨料尺寸、边界情况以及荷载情况。3.根据权利要求1所述的一种混凝土结构的细观建模和分析方法，其特征在于，所述格构节点坐标的确定方法为：根据格构模型的概念，将结构划分为若干网格，每个格构节点随机分布在对应的网格之中。4.根据权利要求1所述的一种混凝土结构的细观建模和分析方法，其特征在于，所述混凝土各组分的细观二维参数包括不同粒径对应的骨料累积概率。5.根据权利要求4所述的一种混凝土结构的细观建模和分析方法，其特征在于，所述粗骨料粒径基于下述方法确定：步骤2-1-1)确定粗骨料累积分布函数：其中，p
2d
为二维粗骨料累积分布函数，d
m
为最大粗骨料粒径，d0为最小粗骨料粒径，d为粗骨料粒径；步骤2-1-2)根据粗骨料累积分布函数确定不同粒径对应的骨料累积概率，得到粗骨料粒径范围和对应的比例。6.根据权利要求5所述的一种混凝土结构的细观建模和分析方法，其特征在于，在粗骨料占据混凝土二维截面的面积a
ca
确定的情况下，粗骨料数量的确定方法包括以下步骤：步骤2-2-1)在区间[0，1]内生成一个随机数z
i
，并令z
i
为第i个骨料的粒径所对应的骨料累积概率；步骤2-2-2)根据粗骨料累积分布函数确定z
i
所对应的骨料粒径d
i
；步骤2-2-3)累加已产生的粗骨料横截面积；其中，a
i
为累加第i个粗骨料后得到的粗骨料横截面积；步骤2-2-4)判断粗骨料横截面积a
i
是否超过粗骨料占据混凝土二维截面的面积a
ca
，若是，则输出粗骨料不同粒径对应的数量，否则，累加当前粒径对应的粗骨料数量，并重复步骤2-2-1)-步骤2-2-3)。
7.根据权利要求1所述的一种混凝土结构的细观建模和分析方法，其特征在于，所述步骤3)包括以下步骤：步骤3-1)基于粗骨料粒径和数量生成粗骨料；步骤3-2)将粗骨料在混凝土试件尺寸范围内进行随机投放，模拟粗骨料在混凝土内部的随机排布；步骤3-3)生成混凝土构件粗骨料粒径分布图像，并基于格构模型，利用粗骨料粒径分布图像赋予对应格构单元不同的材料属性和单元属性。8.根据权利要求7所述的一种混凝土结构的细观建模和分析方法，其特征在于，所述步骤3-2)包括以下步骤：步骤3-2-1)将已生成的粗骨料按照粒径大小从大到小进行降序排列；步骤3-2-2)确定每个粗骨料粒径中心的投放范围，其中，对第i个粗骨料，确定水平投放范围为[d
i
/2,b-d
i
/2]，竖向投放范围为[d
i
/2,a-d
i
/2]，(a,b)表示混凝土构件的整体尺寸；步骤3-2-3)根据投放范围分别生成两个随机数x
i
和y
i
，代表粗骨料中心点坐标；步骤3-2-4)判断x
i
和y
i
所对应的中心坐标预投放的粗骨料是否与已投放的粗骨料重合，若重合，则删除当前粗骨料的中心坐标，并重新进行步骤3-2-3)，若未重合，则投放当前粗骨料；步骤3-2-5)重复步骤3-2-2)-步骤3-2-4)，直到所有已生成的粗骨料随机投放完毕。9.根据权利要求8所述的一种混凝土结构的细观建模和分析方法，其特征在于，所述步骤3-3)包括以下步骤：步骤3-3-1)根据粗骨料中心点坐标(x
i
,y
i
)和粒径d
i
，生成混凝土构件粗骨料粒径分布图像；步骤3-3-2)对粗骨料粒径分布图像进行灰度化处理，将格构单元的尺寸做为最小像素点，对粗骨料粒径分布图像进行分割；步骤3-3-3)对分割后的灰度图像进行数字化处理使混凝土细观结构数字化，分别用不同的数字代表粗骨料、基质以及骨料-基质交界区；步骤3-3-4)根据数字化处理结果赋予格构单元对应的材料属性和单元属性，得到格构模型。10.根据权利要求1所述的一种混凝土结构的细观建模和分析方法，其特征在于，所述步骤4)包括以下步骤：步骤4-1)将格构模型导入abaqus计算平台；步骤4-2)利用python语言，对格构模型进行二次开发，赋予预配置的边界和荷载约束；步骤4-3)利用standard模块对格构模型进行受荷计算；步骤4-4)基于受荷计算结果，对各格构单元的应力状况根据破坏准则进行判别，若判别结果为发生破坏，则将所述格构单元替代为弹性模量和强度均为0的零单元。

技术总结
本发明涉及一种混凝土结构的细观建模和分析方法，包括以下步骤：步骤1)根据混凝土构件尺寸特征参数，确定格构节点坐标，并连接格构节点得到格构模型的框架，其中，所述格构模型包括格构节点以及格构节点之间相互连接的格构单元；步骤2)根据混凝土材料所使用的各组分材料级配，确定粗骨料粒径和数量以及混凝土各组分的细观二维参数；步骤3)基于随机分布算法、粗骨料粒径和数量生成粗骨粒细观随机分布模型，并根据粗骨料细观随机分布模型赋予格构单元对应的材料属性和单元属性，得到格构模型；步骤4)将格构模型导入ABAQUS二次开发平台，进行受荷计算。与现有技术相比，本发明综合考虑了混凝土材料的细观结构特性，并提供了精细化数值模拟思路。细化数值模拟思路。细化数值模拟思路。


技术研发人员：刘超 吉赫
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：2022.08.31
技术公布日：2023/1/13