细观模型选取与并行程序生成优化

以标准湿筛试件150mm×150mm×550mm为例，并采用三分点加载方式。试件跨中150mm为细观模型，其他部位按宏观混凝土材料处理。

（1）骨料模型。按两级配骨料比例，在150mm×150mm×150mm立方体内，粒径30mm中骨料30颗，粒径15mm小骨料438颗，骨料模型如图14.9所示，粗骨料重量比例约为47%。

图14.9　三维随机骨料分布

（2）单元剖分。试件中部150mm的区域剖分为边长3.75mm的六面体单元，与此相连的宏观剖分区域以四面体单元由密到疏过渡，支座外侧采用尺寸较大的六面体单元，如图14.10所示。图14.10（b）左端支座中点三个方向固定，其他点x、z向固定，y向自由；右端支座中点x向自由，y、z向固定，其他点z向固定，x、y向自由。图14.10（c）为该模型的空间网格视图，沿试件三个对称面有图14.10（d）的剖面，在该图中间部位为细观剖分区域，依稀可见混凝土细观骨料模型。整个剖分区域共有76810个结点。试件中部细观六面体单元64000个，其中固化水泥砂浆单元14889个如图14.10（e）所示，骨料单元9571个如图14.10（f）所示，界面单元39540个如图14.10（g）所示；宏观四面体单元47788个，支座外侧宏观六面体单元200个。

混凝土细观各相组分材料力学特性参数按表14.1取值。静载加载步长0.25k N；冲击荷载加载速率取150k N/s，加载时间步长取0.001s；阻尼比ξi＝ξj＝0.02，计算得到试件前两阶频率为ωi＝3575.64r/s、ωj＝5570.66r/s。

表14.1　混凝土细观各相组分材料力学特性参数(www.xing528.com)

按第7章的剖分方法，细观单元剖分是将已生成的随机骨料模型投影到该网格中。根据骨料模型所在的位置，赋予骨料、界面、固化砂浆单元属性。本章基于FEGEN.GID有限元前后处理软件进行单元剖分。为了使试件跨中单元编码数据块与其他区域分开，以便将骨料模型投放到该区域进行细观物理参数赋值，使每个区域都有对应的vde文件。但在gio文件中仅有一种单元类型即8结点六面体2阶高斯积分单元，所以，在执行完gio命令流文件后，要修改为材料参数赋值的pre文件，这里为stdy.pre，修改后再执行pre命令，并执行另外两个vde文件生成相应的E元件单元子程序。生成单机串行程序后，再按PFEPG生成该问题的并行程序。

图14.10　湿筛混凝土弯拉三维数值模型（单位：mm）

（a）三维数值模型平面图；（b）约束条件；（c）空间网格；（d）对称面网格剖面；（e）固化水泥砂浆单元；（f）骨料单元；（g）界面单元

在生成并行程序后，可利用PFEPG所提供的并行求解器。PFEPG采用了Aztec（Ray S Tuminaro et al.，1999）所提供的Krylov子空间迭代算法程序库，包括共轭梯度法（CG）、广义最小残量法（gmres）、稳定双共轭梯度法（bicgstab）等并行求解器以及相配套的预处理程序。PFEPG系统的缺省并行求解器为AZ_gmres求解器。本章位移场计算选择稳定双共轭梯度求解器（AZ_Bicgstab），预 处 理 方 法 采 用AZ_sym_GS（symmetric Gauss-Siedel），应力场和损伤参数采用最小二乘法平滑。