[發明專利]一種水泥基材料三維顆粒分組均勻化投放方法

有效

• 申請號: 201710776812.9
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107704653B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 吳勝興;孫克緯;趙海濤;張風臣
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 祁文彥

本發明公開了一種水泥基材料三維顆粒分組均勻化投放方法，包括以下步驟：根據擬定的水灰比與真實的水泥顆粒粒徑分布建立待投放的水泥顆粒庫，主要參數為水泥顆粒的粒徑范圍為N組與對應的顆粒個數n；計算該水泥顆粒庫的顆粒粒徑分布特征值A，確定水泥顆粒粒徑分布特征值范圍為Z；然后根據水泥顆粒粒度分布范圍Z將所有水泥顆粒隨機分組后在投放區域內投放；水泥三維顆粒投放區域內顆粒分布情況分析。該方法能夠實現水泥顆粒在投放區域中的連續均勻投放，克服了傳統投放方法中水泥顆粒半徑按從大到小投放所造成的較大半徑顆粒在投放區域中某些區域過于密實的情況，使水泥顆粒在整個投放區域內分布均勻。

技術領域

本發明涉及一種水泥基材料顆粒隨機投放的數值模擬方法，具體是一種水泥基材料三維顆粒分組均勻化投放方法。

背景技術

水泥基材料是土木工程中應用最為廣泛的材料之一。然而，由于水泥基材料是一種非均質的多相多尺度的復合材料，其微觀結構具有隨機性和復雜性，試驗技術一般只能定性地表征水泥基材料微觀結構變化且試驗結果往往受制于儀器精度和人為誤差。另外，理論研究通常需要較多簡化條件才能較好地計算相應水泥基材料模型的等效力學性能，如水泥顆粒含量較少等限制條件。因此，通過計算機數值模擬水泥基材料的復雜微觀結構正成為國際上研究的熱點，而構建合理的水泥基材料顆粒模型是準確實現水泥基材料微觀數值模擬的前提，也是開展開展真實水泥顆粒粒徑分布條件下水泥基材料宏觀性能研究的基礎。隨機投放過程和結果的合理性會影響數值模擬過程中水泥基材料微觀結構模型的合理性，從而影響水泥基材料宏觀性能的數值分析結果的可靠性。

傳統的水泥基材料顆粒投放方法在二維尺度比較成熟，真實的三維水泥基材料顆粒投放方法還有待研究。目前大部分三維水泥基材料顆粒投放是按所有顆粒按半徑從大到小，在整個投放區域產生偽隨機數隨機生成顆粒球心位置，每次投放前檢查顆粒當前位置是否與之前的顆粒位置重疊的方法。這種方法具有投放速度快，較大粒徑的顆粒可以全部投放的優點。但是，該方法存在的問題是選擇顆粒粒徑按從大到小投放，當投放區域不變時，半徑較大的水泥顆粒易集中在某些區域，導致整個投放區域內顆粒分布不均勻且不符合實際。而水泥顆粒位置的拓撲結構會影響水泥系統水化后的抗壓強度。

因此，針對水泥基材料三維顆粒分組投放問題開展研究，提出合理的三維顆粒隨機投放方法，建立顆粒分布均勻合理的水泥基材料三維空間模型，對實現水泥基材料微觀數值模擬試驗，開展水泥基材料宏觀性能機理研究，建立水泥基材料微觀結構與宏觀性能之間的定量關系奠定基礎，具有十分重要的學術意義和工程應用價值。

發明內容

本發明的目的在于提供一種水泥基材料三維顆粒分組均勻化投放方法，可以實現不同水灰比條件的水泥系統的三維顆粒投放，并且使三維顆粒在整個投放區域中分布均勻，從而構建分布符合實際情況的水泥基材料三維空間模型。

本發明通過下述技術方案實現上述目的：

一種水泥基材料三維顆粒分組均勻化投放方法，包括以下步驟：

步驟1、水泥系統待投放水泥顆粒庫的生成

確定水泥顆粒形狀為球形，獲取水泥顆粒的真實粒徑分布PSD(Particle SizeDistribution)，假定水灰比w/c，水泥密度為ρ_c，固定整個投放區域體積為v，則水泥體積為1/(1+ρ_c(w/c))×v。進而根據PSD，就可以確定每種不同粒徑的水泥顆粒的真實個數，生成待投放水泥顆粒庫。

步驟2、水泥顆粒粒徑分布特征值A及特征值范圍Z的獲取

根據上述步驟1獲取的水泥顆粒信息，將水泥顆粒按半徑大小分為半徑大于等于1um、4um、8um的三組顆粒，按公式(1)計算可求得粒徑分布特征值A：