基于AUTOCAD的混凝土骨料建模分析梁建.pdfVIP

水 利 学 报 2011 年11月 SHUILI XUEBAO 第42 卷 第11期 文章编号：0559-9350（2011 ）11-1379-05 基于AUTOCAD的混凝土骨料建模分析 梁 建，娄宗科，韩建宏 （西北农林科技大学 水利与建筑工程学院，陕西 杨凌 712100 ） 摘要：为深入研究混凝土细观结构，利用AUTOCAD 内置的VBA 语言自动生成混凝土二维椭圆、多边形以及三维 椭球、多面体骨料模型，并可以用其进行有限元分析。利用VBA 中的IntersectWith 命令，提出了一种新的、更为 简单的、适用于所有形状的骨料干涉判断方法——交点法。模拟结果表明：利用AUTOCAD 建立混凝土骨料模 型，程序通俗易懂、方法简单，模型直观且精确性高。通过AUTOCAD 与其它软件之间进行CAD 数据交换的交互 文件SAT ，可导入多种有限元软件进行分析，有利于对混凝土的宏观、细观力学性质做进一步的数值研究。 关键词：混凝土；细观结构；AUTOCAD ；VBA ；交点法 中图分类号：TU375.4 文献标识码：A 1 研究背景 混凝土是一种由粗骨料、细骨料、水泥水化产物、未水化水泥、孔隙及裂缝等组成的多相复合 材料，其复杂性至今仍未被人们全面认识和了解。目前对混凝土的研究主要分为三个尺度：宏观、 细观和微观。宏观试验由于试验周期长、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，越来越多的研究开始侧重于混凝土细观层次的研究，即把混凝土视为 由粗骨料、砂浆以及骨料与砂浆之间的粘结面组成的多相非均匀复合材料，进而弥补宏观分析的诸 多缺陷和不足。 细观分析的基础是对混凝土细观结构进行仿真。目前对混凝土细观结构自动生成的研究主要包 ［1］ 括二维细观结构模型的自动生成和三维细观结构模型的生成。Wittmann 提出的天然骨料几何形状的 ［2 ］ 模拟方法，极大程度地推动了数值混凝土的发展。王宗敏 对任意形状的二维混凝土骨料进行了模 ［3 ］ 拟。高政国 以体积为标度的骨料侵入判别准则，推广了二维凸型算法，并提出了按多面体随机生长 ［4 ］ 方式建立凸状随机骨料的投放算法。伍君勇 基于MATLAB 建立了混凝土随机骨料模型，但所建立 ［5 ］ 的模型通用性较差，不能导入其他有限元软件进行有限元分析。孙立国 利用MARC 软件建立模型并 且进行有限元分析，提出了利用求解线的方程判断骨料是否干涉的方法，但此类方法判断干涉时比 ［6 ］ 较麻烦，且仅对多边形骨料有效。马怀发 在球形随机骨料结构的基础上，建立了空间凸体随机骨料 ［7 ］ 模型，用球骨料模型控制骨料的粒径及级配，用骨料球构造凸多面体。钟根全 利用FORTRAN 语言 生成骨料特征参数，导入ANSYS 生成几何模型。另外还有一些学者利用VC 建立混凝土随机骨料模 型，此类方法要求研究人员有较高的编程技巧和计算机应用水平。 本课题利用AUTOCAD 内置的VBA 语言构建了混凝土二维、三维骨料模型，可导入多种有限元 软件进行网格划分、有限元分析以及后处理等，且所用编程语言通俗易懂，不需要研究人员有较高 的编程技术。其中在骨料的干涉判断中，提出了一种精度更高的、更为方便的方法——交点法，较 为完整地解决了混凝土随机骨料干涉判断的问题。鉴于混凝土二维圆形骨料和三维球形骨料生成方 收稿日期：2009-12