[發明專利]一種UHPC-NC結構的細觀格構模型建模方法

在審

• 申請號: 202211078713.0
• 申請日: 2022-09-05
• 公開（公告）號: CN115510625A
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 劉超;吉赫
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10;G06F113/26
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔡彭君

本發明涉及一種UHPC?NC結構的細觀格構模型建模方法，包括：根據UHPC?NC構件尺寸特征參數以及格構細觀模型特性，確定格構節點分布范圍、節點自由度以及單元尺寸大小，建立格構模型的框架，其中，所述格構模型包括格構節點以及格構節點之間相互連接的格構單元；根據UHPC和NC材料所使用的各組分材料級配，確定粗骨料以及鋼纖維的關鍵特征參數；基于隨機分布算法和關鍵特征參數分別生成鋼纖維和粗骨料的細觀隨機分布模型，并賦予格構單元對應的材料屬性和單元屬性，得到格構模型。與現有技術相比，本發明綜合考慮了UHPC?NC的兩種材料的細觀結構特性，能更方便、準確的對其結構進行建模。

技術領域

本發明涉及材料仿真數值分析領域，尤其是涉及一種UHPC-NC結構的細觀格構模型建模方法。

背景技術

超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete,UHPC)是一種具有極高的抗拉和抗壓強度的超高強度水泥基復合材料。鋼纖維均勻分布在基體中，不僅增加了材料的抗拉強度，還使UHPC材料具有良好的延展性、抗疲勞性能和應變強化性質。UHPC具有優良的力學和材料性質，但是其價格是傳統混凝土(Normal concrete,NC)的數十倍之多，這大大地制約其推廣應用。因此，學者提出將UHPC材料應用于鋼筋混凝土結構的受到復雜力學荷載或環境侵蝕的部分，也就是形成UHPC-NC組合結構，UHPC-NC結構既能夠充分發揮UHPC材料和混凝土材料各自的優點，并且能夠極大地降低結構的建設費用以及后期養護的費用，其經濟性能和力學性能也得到了最充分的發揮。

UHPC-NC組合結構是UHPC和混凝土兩種力學特性差異較大的材料進行組合，從細觀角度看，UHPC材料是由基質和鋼纖維組成的多相材料，其中UHPC基質是一種典型的脆性基質，當受到一定的外載荷作用時，基質內部會形成微裂紋并持續的擴展和貫穿進而形成宏觀裂縫。之后，鋼纖維會發揮“橋接”作用使UHPC整體顯示出來更高的抗拉能力，細觀破壞過程極其復雜。同樣，混凝土材料在細觀尺度上由骨料，砂漿基質與ITZ(InterfacialTransition Zone)構成，砂漿基質與UHPC基質相對比具有更高的孔隙率和更多的內部缺陷，更容易形成內部初始裂紋。因此，UHPC-NC結構的細觀建模對于精細化研究其內部作用機理具有重要意義。

經過對現有技術的檢索發現，水泥基材料的細觀建模技術主要集中在混凝土骨料和鋼纖維建模，以達到為數值計算提供有效參考模型的目的。在中國專利“一種混凝土骨料單元的二維隨機生成方法(授權號CN 106874623 A)”中，夏普等發明了一種混凝土骨料單元的二維隨機生成方法，該方法通過不斷地生成不同的多邊形骨料，并且計算關鍵形狀參數與實際所需的骨料單元進行對比，最終得到特定形狀的多邊形骨料。在中國專利“一種基于隨機有限元的纖維瀝青混凝土細觀行為分析方法”徐勛倩等基于拉丁超立方分層抽樣法和隨機生成算法，構建纖維三維隨機分布模型，該方法能較快速生成纖維細觀幾何分布參數并建立細觀數值分析模型。現有研究中目前并無直接對UHPC-NC組合結構的細觀建模技術進行研究，缺少了對于UHPC-NC組合結構細觀建模方法。

發明內容

本發明的目的就是為了提供一種UHPC-NC結構的細觀格構模型建模方法，綜合考慮組合結構中兩種材料各自的特性對其進行建模，為精細化分析提供良好的細觀模型基礎。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種UHPC-NC結構的細觀格構模型建模方法，包括以下步驟：

根據UHPC-NC構件尺寸特征參數以及格構細觀模型特性，確定格構節點分布范圍、節點自由度以及單元尺寸大小，建立格構模型的框架，其中，所述格構模型包括格構節點以及格構節點之間相互連接的格構單元，所述節點自由度作為控制格構模型節點位置隨機程度的指標，通過控制格構節點的分布范圍對格構模型的整體形狀進行控制；

根據UHPC和NC材料所使用的各組分材料級配，確定粗骨料以及鋼纖維的關鍵特征參數；