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大坝混凝土三维随机骨料模型研究

作　者: 李运成
导　师: 马怀发
学　校: 北京工业大学
专　业: 水工结构工程
关键词: 细观力学 大坝混凝土 凸多面体骨料 面向对象编程
分类号: TV431
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 254次
引　用: 4次
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内容摘要


细观力学分析与研究是当前研究混凝土材料特性的热门方法之一。混凝土细观力学方法将混凝土看作由粗骨料、硬化水泥胶体以及两者之间的界面粘结带组成的三相非均质复合材料,利用适当的混凝土细观结构模型,在细观层次上划分单元,考虑其各相介质单元材料力学特性的差异,利用数值方法计算模拟混凝土试件的裂缝扩展过程及破坏形态,直观地反映出试件的损伤断裂破坏机理。混凝土的级配及骨料含量对其宏观力学特性有直接的影响。适当的随机骨料模型是进行混凝土细观力学数值模拟分析的前提和基础。针对全级配大坝混凝土的实际骨料含量和骨料形态,本文做了以下主要工作:(1)在一种高效率生成的随机球骨料模型的基础上,形成随机凸多面体骨料模型,同时研究了细观单元属性判别方法,编制了对含有凸多面体骨料的细观区域进行结构性有限元网格剖分程序。本文给出的三维随机骨料模型算法不但考虑了混凝土的骨料的实际级配和含量,而且计及了骨料的实际形态。(2)为了实现骨料模型和其细观有限元网格的可视化,本文还研究了利用现有商业软件生成多面体随机骨料的可视化混合编程的方法。利用面向对象的VB语言界面编程技术,编写了实现WINDOWS视窗环境的VB程序,并在该环境下调用生成骨料模型的FORTRAN计算程序和MATLAB骨料模型图形绘制程序。另外,还研究了细观有限元剖分数据在GID软件中实现无网格可视化的格式和方法。(3)研究了二维细观骨料模型有限元网格的优化方法并编制了相应有限元网格剖分程序,为三维细观骨料模型有限元网格优化打下了基础。(4)为了验证本文提出的多面体骨料生成方法,利用现有细观力学分析并行程序成功地实现了对湿筛混凝土试件三维细观并行数值计算。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第1章 绪论  8-12
  1.1 研究背景与现状  8-9
  1.2 细观力学数值模拟研究综述  9-11
  1.3 本文所作的工作  11-12
第2章 三维随机骨料模型的生成  12-24
  2.1 基础知识  12-13
    2.1.1 骨料的颗粒级配  12
    2.1.2 蒙特卡罗方法  12-13
  2.2 凸多面体基本算法  13-15
    2.2.1 点侵入空间凸体的判别准则  13
    2.2.2 三维空间两个三角形的相交检测  13-15
  2.3 三维随机球骨料的生成  15-18
    2.3.1 球体骨料投放方法  15-17
    2.3.2 球体骨料生成程序  17-18
  2.4 球内接多面体的生成  18-20
  2.5 三维随机凸多面体骨料的生成  20-22
    2.5.1 凸多面体骨料生成方法  20-21
    2.5.2 凸多面体骨料生成程序  21-22
  2.6 本章小结  22-24
第3章 混凝土细观模型网格剖分  24-34
  3.1 网格剖分基本知识  24
  3.2 平面网格剖分及网格优化  24-28
  3.3 三维网格剖分  28-30
    3.3.1 四面体单元的生成  28-29
    3.3.2 三维网格剖分  29-30
  3.4 利用GID显示单元  30-32
  3.5 本章小结  32-34
第4章 可视化界面的生成  34-46
  4.1 图形工具——MATLAB  34-37
    4.1.1 MATLAB的特点  34-36
    4.1.2 数据可视化  36-37
  4.2 界面制作——VB语言  37-39
    4.2.1 VB的特点  37-38
    4.2.2 VB的开发步骤  38-39
  4.3 编程接口  39-43
    4.3.1 Matlab编程接口  39-41
    4.3.2 M文件及MEX文件  41-43
    4.3.3 VB调用FORTRAN  43
  4.4 软件开发——可视化界面  43-44
  4.5 本章小结  44-46
第5 章 混凝土三维细观模型算例分析  46-52
  5.1 并行计算概述  46
  5.2 并行计算设计  46-47
  5.3 静力学方程  47-48
  5.4 细观模型选取及剖分  48
  5.5 计算结果分析  48-50
  5.6 本章小结  50-52
结论  52-54
  本文结论及研究成果  52-53
  工作展望  53-54
参考文献  54-57
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  57-58
致谢  58

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中图分类: > 工业技术 > 水利工程 > 水工材料 > 水工混凝土和砂浆 > 水工混凝土
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