三维混凝土骨料模型的p型自适应有限元及其快速求解算法

发布时间：2021-10-17 11:24

　　三维混凝土骨料模型是一种含不同形状骨料且随机分布的复杂弱不连续问题,为确保各骨料界面附近能获得精度较高的数值计算结果,使用普通的全域网格加密方法将会导致计算机物理内存的剧烈增长。而现有文献大多是针对混凝土骨料颗粒投放算法的研究,然后对所生成的骨料模型用普通的有限元方法进行力学仿真实验,相关的有限元求解算法及效率分析方面的研究不多。本文,针对三维混凝土骨料模型问题,对其p型自适应有限元及其快速求解算法展开研究,以提高其有限元分析的整体效率,主要工作和结论如下。1.基于Fortran和ANSYS软件,提出了一种快速建立三维随机骨料混凝土模型的混合实现方法,并在此基础上生成三维椭球形骨料（卵石）模型、凸多面体骨料（碎石）模型以及混合骨料模型。算例结果表明,这种新方法可以快速生成三级配球形颗粒混凝土模型所需的骨料数据,相应的骨料投放含量能达到65%左右。该混合方法可将骨料颗粒和界面层分离开来,在有限元网格剖分时避免了复杂的单元属性判别。通过对椭球形骨料模型和凸多面体骨料模型的有限元数值模拟,进一步验证了该混合方法的有效性。2.针对三维混凝土骨料模型问题设计了相应的p型自适应有限元方法,重点讨论... 

【文章来源】：湘潭大学湖南省

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

碎石骨料模型（左）和卵石骨料模型（右）网格剖分结果

对所生成的混凝土模型进行网格剖分和材料性能的分配几乎都是利用较为复杂的自编程序完成，如文献[9]和文献[8]中对二维和三维混凝土模型的单元属性判别算法（如图2.1所示）；然后再将结果导入ABAQUS等有限元软件进行仿真试验，对研究人员的编程水平和计算机应用技术要求较高，难以进行推广。图 2.1 二维（左）和三维（右）混凝土骨料模型单元属性判别示意图因此，本文利用Fortran编程语言在科学和工程计算方面的高效性，并结合大型通用有限元分析软件ANSYS的参数化设计语言(APDL)提出了一种快速生成含高体分比球形骨料混凝土模型的混合实现方法，其几何模型的建立、网格的剖分、单元属性的赋予以及后续的有限元模拟均在ANSYS中进行，避免了混凝土模型在软件之间相互转换，为混凝土数值模拟试验提供了方便。对于三维混凝土模型而言，在骨料颗粒个数较多、体分比较高的情况下

成其它级配的骨料颗粒，否则返回继续生成本级配下一个骨料半径。待全部生成完毕后，为了提高投放效率，使用“冒泡法”将骨料半径从大到小依次排列，相应的流程图如图2.2所示。

【参考文献】：
期刊论文
[1]求解弱不连续问题的p型自适应有限元方法[J]. 王彪,肖映雄,李真有.  固体力学学报. 2016(01)
[2]多面体骨料大体积混凝土三维细观模型生成[J]. 武亮,王菁,何修伟,糜凯华.  应用力学学报. 2015(04)
[3]三维球形随机骨料混凝土细观数值模拟[J]. 糜凯华,武亮,吕晓波,陈菲.  水电能源科学. 2014(11)
[4]混凝土二维参数化骨料模型的创建方法[J]. 宋来忠,沈涛,余波.  工程力学. 2013(10)
[5]全级配混凝土三维细观模型的建模方法研究[J]. 方秦,张锦华,还毅,张亚栋.  工程力学. 2013(01)
[6]基于CT切片的三维混凝土细观层次力学建模[J]. 秦武,杜成斌.  工程力学. 2012(07)
[7]几类典型网格下三维弹性问题的代数多层网格法[J]. 肖映雄,周志阳,舒适.  工程力学. 2011(06)
[8]基于数字图像技术的混凝土细观层次力学建模[J]. 秦武,杜成斌,孙立国.  水利学报. 2011(04)
[9]三维弹性问题高次有限元方程的代数多层网格法[J]. 肖映雄,张红梅,舒适.  计算力学学报. 2010(06)
[10]三维随机多面体骨料生成和投放技术[J]. 杨新华,徐瑞,陈传尧.  华中科技大学学报(自然科学版). 2009(08)



本文编号：3441681