申请/专利权人：太原理工大学

申请日：2021-09-27

公开（公告）日：2024-03-15

公开（公告）号：CN113962065B

主分类号：G06F30/20

分类号：G06F30/20;G06T17/00;G16C20/80;G16C60/00;G16C10/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.15#授权;2022.02.15#实质审查的生效;2022.01.21#公开

摘要：本发明涉及一种含高体积分数骨料及气孔缺陷的混凝土三维细观模型，主要解决现有建模方法难以通过计算机在混凝土内部引入随机分布的气孔缺陷的技术问题。本方法通过简单收缩‑放大‑再收缩过程，使模型同时包含砂浆、多级配骨料、砂浆‑骨料界面层及随机凸多面体气孔缺陷等细观组分，再通过对各组分在重力作用的快速下落过程，生成含高体积分数骨料及气孔缺陷的混凝土三维细观模型。本发明在整个过程中无需进行骨料间的交叉判断，解决了骨料体积分数与模型生成效率之间的矛盾；在混凝土模型中引入随机多面体形状的孔隙缺陷，且可根据模型需求对其体积分数进行快速调控；快速建立了骨料与砂浆间的随机厚度界面层，并可对骨料间距离进行随机调控。

主权项：1.一种含高体积分数骨料及气孔缺陷的混凝土三维细观模型，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立体积为V的长方体，其中长为L、宽为W和高为H，在长方体内随机分布N个种子点，种子点的分布不规则度用K表示，取值范围为0-1，当K＝0时，表示N个种子点有规律地整齐排列；而K＝1时，种子点的分布位置完全随机；上述任意两个种子点的间距δ应满足1-Kδ0≤δ≤δ0，其中为所述种子点间的平均距离，记录长方体的顶点坐标及所述N个种子点的坐标信息；步骤2：以步骤1中分布的种子点为形核点，对上述长方体进行三维Voronoi图形划分，生成与N个形核点分别对应的N个彼此相接的凸多面体胞元，在上述N个凸多面体胞元中，删除顶点未全部落在步骤1中所述长方体内的凸多面体胞元，最终剩余Ne个凸多面体胞元；记录所述Ne个凸多面体胞元的顶点坐标；步骤3：将所需混凝土内部的骨料级配设定为三级，即：[di,di+1]，其中i＝1,2,3，di与di+1分别为该级配内骨料的最小粒径和最大粒径，且满足di+1di；求出上述各骨料级配区间内单个骨料的等效体积Ve[di,di+1]，根据富勒级配曲线求出各骨料级配区间[di,di+1]、i＝1,2,3内骨料的体积分数Pagg[di,di+1]，进一步求出上述各骨料级配区间内骨料个数占所有骨料数量的百分比P[di,di+1]；在步骤2中剩余的Ne个凸多面体胞元中，设定所有骨料总数量的占比为P1，其中P1取值范围为0-1，则可得所有骨料的总数量N1与各骨料级配区间内的骨料个数Ne’[di,di+1]；设定上述所需混凝土内部的气孔缺陷形状为随机凸多面体，所述凸多面体气孔缺陷的粒径范围设定为[rmin,rmax]，其中，rmin与rmax分别为球体气孔缺陷的最小半径值和最大半径值；求出上述单个凸多面体气孔缺陷的等效体积Veg及凸多面体气孔缺陷的总数量Ng；步骤4：根据步骤3中所述的三级骨料级配及凸多面体气孔缺陷的粒径范围，在步骤2所述的Ne个凸多面体胞元中随机选择N1个凸多面体胞元，并将N1个凸多面体胞元以各自在步骤2中对应的形核点为中心按收缩系数a1进行收缩，收缩系数a1为将凸多面体胞元收缩至满足步骤3中所述骨料级配区间[di,di+1]、i＝1,2,3要求的随机值；将步骤2中所述的Ne个凸多面体胞元除去上述N1个凸多面体胞元后剩余的凸多面体胞元以各自在步骤2中对应的形核点为中心按收缩系数a2进行收缩，收缩系数a2为将凸多面体胞元收缩至满足步骤3中所述凸多面体气孔缺陷粒径范围[rmin,rmax]要求的随机值；记录收缩后的所有新凸多面体胞元的顶点坐标，并用Matlab软件中内嵌的convexHull函数统计上述得到的符合骨料级配要求的收缩后的新凸多面体胞元的总体积Vagg及符合上述气孔缺陷粒径的收缩后的新凸多面体胞元总体积Vg；步骤5：对步骤4中所述的所有新凸多面体胞元以步骤2中凸多面体胞元的相应形核点为中心按放大系数b进行随机放大，在所述新凸多面体胞元周围生成随机厚度的胞元包裹层，记录胞元包裹层的顶点坐标；步骤6：将步骤4中所述的所有新凸多面体胞元与步骤5中所生成的胞元包裹层进行绑定并均设置为刚体，使其共同受重力作用在步骤1中所述的长方体内进行自由下落；下落过程中，在包含当前所有新凸多面体胞元的最小长方体区域内，计算新凸多面体胞元在该最小长方体区域内的体积占比Q，当Q达到混凝土内所需的骨料及气孔缺陷体积占比时，下落过程停止；将该最小长方体区域的体积记为V'；记录下落后的凸多面体胞元顶点坐标、包裹层顶点坐标及当前最小长方体区域的位置信息；步骤7：对步骤6中所述的下落后的各胞元包裹层以步骤2中凸多面体胞元的相应形核点为中心按退化系数c进行包裹层厚度退化，记录退化后包裹层的顶点坐标；步骤8：在步骤7中所述的退化后的包裹层中，识别属于步骤3中所述的凸多面体气孔缺陷的包裹层，并将其删除；则剩余的退化后的包裹层即为砂浆与骨料间的界面层，记录界面层的顶点坐标信息；步骤9：采用布尔运算，在步骤6中所述的最小长方体区域内减去步骤6中下落后的凸多面体胞元所占区域及步骤8中界面层所占区域，剩余部分即为砂浆填充区域，至此，该最小长方体区域中包含了下落后的凸多面体胞元、砂浆区域及界面层区域；步骤10：在步骤9所述的最小长方体区域中，截取满足所需混凝土模型尺寸的区域。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 太原理工大学 一种含高体积分数骨料及气孔缺陷的混凝土三维细观模型

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