混凝土黏结带是混凝土内部结构的薄弱环节,对其整体性能产生关键性影响,但该区域很薄,一般在40~50μm,这就要求足够小的单元尺寸才能反映实际情况,如果在整个细观剖分区域采用与界面单元同样尺寸的网格大小,计算量将十分巨大,特别是对于全级配混凝土大尺寸试件的细观数值模拟,计算自由度可能会达到几十万甚至上百万。比较理想的做法就是骨料和固化水泥砂浆单元采用较大尺寸的单元,而在两者的黏结带进行网格加密。这就是下面要介绍的方法。
该方法的基本思路为:首先在物体内根据不同位置网格稠密的不同要求进行不规则布点,然后对这些散乱点进行Delaunay三角剖分。
以一个凸多边形骨料为例,采用扫描线布点法,在骨料内部生成网格较大的三角形单元,在骨料边界和黏结带上生成小三角形单元,以便能按精度要求反映不同位置的应力应变变化。多边形区域内布点使用水平扫描线方法。设输入的单元边长值为a,扫描布点步骤如下:
(1)按等边三角形计算单元的高h,易知![]()
(2)求出外边界全部结点中最大y坐标值ymax和最小y坐标值ymin,令m=(ymax-ymin)/h,并对m取整。该步的目的是把模型在y向分成m段。
(3)重新计算高h,h=(ymax-ymin)/m。
(4)自ymin+h到ymax-h设置水平扫描线,间距为h,共m-1根。对各扫描线作以下运算:①计算该扫描线与外边界的交点,取最左边的交点为e,最右边的交点为f;②为使骨料内大单元与边界上小单元过渡圆顺,需设过渡点,在离e点和f点分别设距离小于a的点g和h;③在g、h点间等距离插入结点,使各结点间距离大约等于a。方法是:令n1=ef/a,并将n1取整数,按d=ef/n1计算各结点间的距离,由定比分点公式计算各新插结点(中间结点)的坐标。
(5)边界布点方法。按上述思路在边界上的每条边上等间距布点,间距要小于a,以便使网格加密。(https://www.xing528.com)
上述布点方法简便易行,且布置的结点距离大致相等,可保证生成的单元接近于等边三角形。由以上方法对某凸多边形骨料及其黏结带进行的三角剖分如图7.14所示。
对砂浆区域也采取以上方法布点,要注意的是:在所有骨料布完点后,再对砂浆区域布点,布点时,如果某点落入骨料或黏结带区域,则去掉该点。这样就完成了整个试件区域的布点,然后对全区域进行Delaunay三角剖分。其程序框图如图7.15所示。目前这种方法在三维随机骨料模型的网格剖分有待进一步研究。

图7.14 不规则布点及网格优化
(a)界面单元加密;(b)多边形随机骨料模型DTM剖分

图7.15 二维骨料模型布点及剖分程序框图
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