(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211078713.0 (22)申请日 2022.09.05 (71)申请人 同济大学 地址 200092 上海市杨 浦区四平路1239号 (72)发明人 刘超　吉赫　 (74)专利代理 机构 上海科盛知识产权代理有限 公司 312 25 专利代理师 蔡彭君 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/26(2020.01) (54)发明名称 一种UHPC -NC结构的细观格构模型建模方法 (57)摘要 本发明涉及一种UHPC ‑NC结构的细 观格构模 型建模方法， 包括： 根据UHPC ‑NC构件尺寸特征参 数以及格构细观模型特性， 确定格构节点分布范 围、 节点自由度以及单元尺寸大小， 建立格构模 型的框架， 其中， 所述格构模型包括格构节点以 及格构节点之间相互连接的格构单元； 根据UHPC 和NC材料所使用的各组分材料级配， 确定粗骨料 以及钢纤维的关键特征参数； 基于随机分布算法 和关键特征参数分别生成钢纤维和粗骨料的细 观随机分布模 型， 并赋予格构单元对应的材料属 性和单元属性， 得到格构 模型。 与现有技术相比， 本发明综合考虑了UHPC ‑NC的两种材料的细 观结 构特性， 能更方便、 准确的对其结构进行建模。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 115510625 A 2022.12.23 CN 115510625 A 1.一种UHPC ‑NC结构的细观格构模型建模方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 根据UHPC ‑NC构件尺寸特征参数以及格构细观模型特性， 确定格构节点分布范围、 节点 自由度以及单元尺 寸大小， 建立格构模 型的框架， 其中， 所述格构模 型包括格构节点以及格 构节点之 间相互连接的格构单元， 所述节点自由度作为控制格构模型节点位置随机程度的 指标， 通过控制格构节点的分布范围对格构模型的整体形状进行控制； 根据UHPC和NC材料所使用的各组分材料级配， 确定粗骨料以及钢纤维的关键特征参 数； 基于随机分布算法和关键特征参数分别生成钢纤维和粗骨料的细观随机分布模型， 并 赋予格构单 元对应的材 料属性和单 元属性， 得到格构模型。 2.根据权利要求1所述的一种UHPC ‑NC结构的细观格构模型建模方法， 其特征在于， 所 述UHPC‑NC构件尺寸特征参数包括UHPC ‑NC组合结构的整体尺寸、 UHPC部分和NC部分的分项 尺寸以及UHPC和NC交界区的尺寸。 3.根据权利要求1所述的一种UHPC ‑NC结构的细观格构模型建模方法， 其特征在于， 所 述节点自由度为格构节点分布范围的边长与结构网格边长之比： 其中， n为节点自由度， lm为结构网格长度， ln为格构节点网格长度。 4.根据权利要求1所述的一种UHPC ‑NC结构的细观格构模型建模方法， 其特征在于， 粗 骨料的关键特 征参数包括 粗骨料粒径和数量， 钢纤维的关键特 征参数包括钢纤维数量。 5.根据权利要求4所述的一种UHPC ‑NC结构的细观格构模型建模方法， 其特征在于， 所 述粗骨料粒径基于下述方法确定： 步骤2‑1‑1)确定粗骨料累积分布函数： 其中， P2d为二维粗骨料累积分布函数， dm为最大粗骨料粒径， d0为最小粗骨料粒径， d为 粗骨料粒径； 步骤2‑1‑2)根据粗骨料累积分布函数确定不同粒径对应的骨料累积概率， 得到粗骨料 粒径范围和对应的比例。 6.根据权利要求5所述的一种UHPC ‑NC结构的细观格构模型建模方法， 其特征在于， 在 粗骨料占据混凝土二维截面的面积Aca确定的情况下， 粗骨料数量的确定方法包括以下步 骤： 步骤2‑2‑1)在区间[0， 1]内生成一个随机数zi， 并令zi为第i个骨料的粒径所对应的骨 料累积概 率； 步骤2‑2‑2)根据粗骨料累积分布函数确定 zi所对应的骨料 粒径di； 步骤2‑2‑3)累加已产生的粗骨料横截面积； 其中， Ai为累加第i个粗骨料后得到的粗骨料横截面积；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115510625 A 2步骤2‑2‑4)判断粗骨 料横截面积Ai是否超过粗骨 料占据混凝土二维截面的面积Aca， 若 是， 则输出粗骨料不同粒径对应的数量， 否则， 累加当前粒径对应的粗骨料数量， 并重复步 骤2‑2‑1)‑步骤2‑2‑3)。 7.根据权利要求4所述的一种UHPC ‑NC结构的细观格构模型建模方法， 其特征在于， 所 述钢纤维数量 根据UHPC构件的体积、 钢纤维体积含量、 钢纤维体积进行计算得到： ns＝VUρs/Vs 其中， ns为钢纤维数量， VU为UHPC构件的体积， ρs为钢纤维体积含量， Vs为钢纤维体积。 8.根据权利要求7所述的一种UHPC ‑NC结构的细观格构模型建模方法， 其特征在于， 基 于随机分布算法生成钢纤维的细观随机分布模型包括以下步骤： 步骤3‑1‑1)确定钢纤维分布范围和钢纤维数量； 步骤3‑1‑2)每个钢纤维包括2个节点， 对于第i个钢纤维， 在钢纤维分布范围内部随机 生成钢纤维的一个初始节点， 初始节点的位置由随机数xi和yi确定， 以初始节点为极坐 标原 点， 根据钢纤维的实际长度和随机极坐标角度ρ 确定第二个节点的坐标； 步骤3‑1‑3)判断第二个节点的坐标是否超过预配置的基质范围， 若是， 则删除该坐标， 重新生成钢纤维的第二个节点的坐标； 步骤3‑1‑4)重复步骤3 ‑1‑2)‑步骤3‑1‑3)， 直至生成所有钢纤维节点。 9.根据权利要求6所述的一种UHPC ‑NC结构的细观格构模型建模方法， 其特征在于， 基 于随机分布算法生成粗骨料的细观随机分布模型包括以下步骤： 步骤3‑2‑1)基于粗骨料 粒径和数量 生成粗骨料； 步骤3‑2‑2)将已生成的粗骨料按照粒径大小从大到小 进行降序排列； 步骤3‑2‑3)确定每个粗骨料粒径中心的投放范围， 其中， 对第i个粗骨料， 确定水平投 放范围为[di/2,b‑di/2]， 竖向投放范围为[di/2,a‑di/2]， (a,b)表示混凝土构件的整体尺 寸； 步骤3‑2‑4)根据投放范围分别生成两个随机数 Xi和Yi， 代表粗骨料中心点 坐标； 步骤3‑2‑5)判断Xi和Yi所对应的中心坐标预投放的粗骨料是否与已投放的粗骨料重 合， 若重合， 则删除当前粗骨料的中心坐标， 并重新进 行步骤3‑2‑4)， 若未重合， 则投放当前 粗骨料； 步骤3‑2‑6)重复步骤3 ‑2‑3)‑步骤3‑2‑5)， 直到所有已生成的粗骨料随机投放完毕， 得 到粗骨料的细观随机分布模型。 10.根据权利 要求1所述的一种UHPC ‑NC结构的细观格构模型建模方法， 其特征在于， 所 述赋予格构单 元对应的材 料属性和单 元属性的原则为： 对格构模型的框架中的NC材料部分赋予对应的格构单元NC材料属性得到NC部分模型， 在UHPC材料部分将生成的钢纤维直接嵌入到格构模型框架中， 并将钢纤维节 点与格构节 点 相连接形成连接单元， 在交界区部 分赋予对应的格构单元符合交界区特性的材料属性得到 交界区单 元。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115510625 A 3