混凝土细观数值仿真是研究混凝土力学性能 的常用方法之一 ，而前处理 技术的优劣直接影 响仿真结果的正确性 、精确性和可 行性。对比分析界面单元细分法、无厚度界面单元法和直接三角剖分法在混凝土细观建模中的应用，验证了无厚度界面单元法在单机串 行环境下的合理性和优越性 。 关键词 ： 混凝土细观；前处理 ；背景网格法 ；界面细分 ；无厚度界面单元 ；直接三角剖分法 中图分类号 ： TU528．01 文献标 志码 ： A 文章编号 ： 1002—3550(2012)07—0046—03 Preprocessortechnologyofmicro-numericalanalysisofconcrete ZHAo Hai—tao 一，WANG Pan-xiu ，TONG Xue—wei (1．ChinaInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearch，Beijing100038，China；2．CollegeofCivilandTransportationEngineering HohaiUniversity，Nanjing210098，China；3．JintingInstituteofTechnology，Nanjing211169，China；4．PlanningandProjectDepartment。 MinistryofWaterResourcesofChina，Beijing100053，China) Abstract： Micro—num ericalanalysisisoneoftheimportantanalyticalmethodsofconcrete，anditspreprocessoristhekeytechnology ．A useful preprocessoristhebasicofagoodmicro—numericalan alysisresultofconcrete．Inthispaper，threepreprocessmethodslikesubdivisionofinterface method，non—thicknessinterfaceelementmethodan dtriangulationmethodwerediscussedandaconcretecubewasmodeled．It’Sshownthatthe non—thicknessinterfaceelementmethodisthebestpreprocessmethodusedinthemicro—numericalanalysisofconcretewithonecomputer． Keywords： micro—an alysisofconcrete；preprocess；backgroundmethod；subdivisionofinterface；non··thickn essinterfaceelement；triangula- tionm ethod 0 引言 混凝土在细观层次上一般认为是由骨料、水泥砂浆基体以 及两者过渡 区(界面层 )组成的三相非均质复合材料 ，其各组分 的非均质分布和力学特性直接影响混凝 土宏 观强度 、破坏形态 等【1]。为精细模拟和研究混凝土在外荷载作用下变形特性和破 坏全过程，有必要从混凝土细观层次出发进行混凝土数值仿真。 其中构建合理、经济的}昆凝土细观有限元模型是正确 、精细实 现混凝土细观数值仿真分析的前提 。细观模 型单元尺寸过 大既 无法满足界面过渡区厚度要求 ，也会降低计算精度；单元尺寸 过小势必导致模型单元总数过多，无法适用于一般计算环境，不 利于混凝土细观数值仿真的研究和推广 。目前混凝土细观数值 仿真领域使用最为广泛的细观模型是随机骨料模型，根据试件 尺寸、骨料级配等，借助蒙特卡洛法随机得到骨料直径、骨料位 置【2J，再由背景网格法或直接三角剖分法来生成骨料 、砂浆、界 面单元。背景网格法基于预先准备的规则混凝土模型，通过骨料 投影位置和背景 网格各单元位置判定各组分 ，可分为界 面单元 细分法f3]和无厚度界面单元法嗍。直接三角剖分法嘲对随机生成 的骨料、砂浆直接对体进行网格划分。不同混凝土细观前处理方 法所生成的混凝土细观模型在总节点数、骨料体积比以及界面 单元尺寸都不尽相同。过多 的单元会导致计算效率低下甚 至常 用软件无法计算 ；骨料单元体积 比低造成与混凝土实 际骨料含 量不符 ；较大 的界 面单元尺寸无法 真实模拟混凝 土骨料一砂 浆 过渡区力学性能等。因此选择合适、优化的建模方法可减少单元 规模、提高骨料单元体积比并满足界面层厚度要求 ，精细实现 混凝土细观数值仿真分析。 本研究 通过对 比常用的三种混凝土细观模型建模 方法 ：背 景 网格法 中的界面单元细分法 、无厚度 界面单元 法和直接三角 剖分法 的有限元基本思想 、优缺点 、在单机串行计算环境下可行 性 ，可为混凝土细观数值仿真的推广应用提供一系列数据参考。 1 界 面单元细分法 界面单元细分法其基本思想为 ：在试件尺寸 范围内划 分规 则的背景网格单元并随机生成和投放混凝 土骨料 ，通 过背景网 格中各单元和骨料的相对位置判定单元的材料属性(骨料、砂浆 或者界面单元 )，对判定为界 面的单元采用如图 1所示 的方法进 行多次 细分 直至满足混凝土界 面过渡 区厚度 要求[3J。界 面单元 细分法是对纯背景网格法构建混凝土细观模型最直接的一种 改进，通过对界面单元的多次细分可以实现构建在骨料和砂浆 内部保持较大的初始单元尺寸，在界面附近进行单元精细划分

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