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| 混凝土宏观试验周期长,耗费大量人力财力且随机性大,使其研究范围受到很大限制。伴随计算机技术的发展,混凝土细观层次的研究愈来愈受到人们的重视,即在考虑界面过渡区的前提下,将混凝土视为由粗骨料、砂浆以及骨料与砂浆之间的过渡粘结面组成的三相非均匀复合材料,进而弥补宏观分析的诸多缺陷和不足。本文从混凝土材料学角度出发,以数据结构和计算机图形图像处理学为基础,按照软件工程学思想,研究基于图形学的二维细观结构、三维细观结构的生成方法和基于数字图像技术的混凝土试块有限元建模,实现了混凝土细观结构的自动生成,取得以下主要成果:(1)提出了不同类型随机骨料模型的生成算法,为混凝土细观结构的研究提供了一种切实有效的建模方法。在骨料投放过程的干涉判断中本文提出了一种新的方法——交点法,该方法简单快捷、易于编程,并且适用于二维、三维包括椭球、凸多面体等各种类型骨料的干涉判断。(2)在交点法研究的基础上提出了一种基于体积判定干涉的方法——交汇法,应用蒙特卡罗方法按照一定级配生成了混凝土二维和三维数值试件,提出了一种新的生成多边形骨料的方法,按照该方法可以在有限元软件中建立混凝土细观模型。(3)在极坐标下生成了天然骨料模型。利用交汇法按照级配进行投放,生成了混凝土天然骨料模型。(4)利用数字图像处理技术对图像进行分割,分别采用了灰度图和Lab色彩空间对混凝土断面切片进行分割,进而将其合并,并将得到的混凝土截面的数字图像映射到有限元网格,直接生成具有真实内部特征的混凝土数值试件。算例表明,采用本文算法自动生成的、以及对混凝土切片自动识别的混凝土细观几何结构在统计意义上符合真实混凝土的结构特征。 |
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