(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 202210458053.2 (22)申请日 2022.04.28 (71)申请人 湘潭大学 地址 411105 湖南省湘潭市雨湖区羊牯塘 街道湘潭大 学 (72)发明人 郭瑞奇　李江南　龙志林　许福　 印长俊　孙金磊　匡凤兰　许鑫　 (74)专利代理 机构 湖南中泽专利代理事务所 (普通合伙) 43259 专利代理师 龙予倩 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 111/08(2020.01) G06F 111/10(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种任意形状试件的三维混凝土细观模型 建模方法 (57)摘要 本发明公开一种任意形状试件的三维混凝 土细观模型建模方法， 步骤包括： S01.根据所需 建模的混凝土试件形状， 建立对应的三维混凝土 均匀有限元模型， 并建立基础有限元模型数据 库； 以及按照随机方式生 成三维随机骨料混凝土 模型细观参数， 建立骨料信息数据库； S02.根据 骨料信息 数据库， 对有限元模型数据库中每个单 元所处的位置进行材料属性判定； S03.根据步骤 S02中得到的判定结果， 分别对有限元模型数据 库中各单元赋 予骨料或砂浆的材料属性， 最终生 成所需形状的混凝土三维随机骨料模 型。 本发明 能够实现任意形状试件的三维混凝土细观模型 构建， 且具有实现方法简单、 灵活性强、 适用范围 广以及建模效率与精度高等优点。 权利要求书2页 说明书8页 附图5页 CN 114840891 A 2022.08.02 CN 114840891 A 1.一种任意形状试件的三维混凝 土细观模型建模方法， 其特 征在于， 步骤 包括： S01.根据所需建模的混凝土试件形状， 建立对应的三维混凝土均匀有限元模型， 并根 据所述三 维混凝土均匀有限元模型建立基础有限元模型数据库； 以及按照随机方式生成三 维随机骨料混凝 土模型细观参数， 建立骨料信息数据库； S02.根据所述骨料信息数据库对所述有限元模型数据库中每个单元所处的位置进行 材料属性判定； S03.根据步骤S02中得到的判定结果， 分别对所述有限元模型数据库中各单元赋予骨 料或砂浆的材 料属性， 最终生成所需形状的混凝 土三维随机骨料模型。 2.根据权利要求1所述的任意形状试件的三维混凝土细观模型建模方法， 其特征在， 所 述步骤S01中建立基础有限元模型 数据库的步骤 包括： S101.根据所需建模的混凝 土试件形状建立对应的几何模型； S102.对建立的所述几何模型进行有限元划分， 建立得到所述对应的三维混凝土均匀 有限元模型； S103.获取所述三维混凝土均匀有限元模型的节点信息和单元信息， 建立得到所述基 础有限元模型 数据库。 3.根据权利要求1所述的任意形状试件的三维混凝土细观模型建模方法， 其特征在， 所 述步骤S01中按照随机方式生成三维随机骨料混凝土模型细观参数， 建立骨料信息数据库 的步骤包括： S111.配置骨料颗粒参数， 所述骨料颗粒参数包括体分比以及粒径范围， 以当前时间为 基准提供种子文件； S112.基于当前配置的骨料颗粒参数， 随机生成球形骨料颗粒的球形坐标和半径大小； S113.判断骨料颗粒是否相交重叠， 如果是则返回步骤S112以重新生成坐标， 否则转入 步骤S114； S114.每当生成一颗骨料时判定当前生成的所有骨料体积是否低于 预设体分比VT， 如果 是则返回步骤S1 12以继续 生成下一颗骨料， 否则停止生成骨料， 转入步骤S1 15； S115.确定所有骨料颗粒的球心位置以及半径， 生成所述骨料信息数据库。 4.根据权利要求3所述的任意形状试件的三维混凝土细观模型建模方法， 其特征在， 所 述步骤S111前还包括设定骨料生成的长方体区域的边界条件， 以使得将所需建模的混凝土 试件模型包裹在所述长方体区域内， 所述边界条件包括参数XL、 XR、 YB、 YT、 ZB、 ZT， 其中XL、 XR为 长方体区域在X坐标上的左右边界值， YB、 YT为长方体区域在Y坐标上的左右边界值， ZB、 ZT为 长方体区域在Z坐标 上的左右边界值。 5.根据权利要求4所述的任意形状试件的三维混凝土细观模型建模方法， 其特征在， 所 述边界条件配置为所述长方体区域的边界值与混凝土试件边界值之差的绝对值大于等于 骨料最大半径， 即所述 边界条件的表达式为： |γR‑γS|≥Rmax 其中， γR为长方体区域的坐标值， γS为所需建模的混凝土试件的坐标值， Rmax为骨料半 径的最大值， 即为所述骨料最大半径。 6.根据权利要求3所述的任意形状试件的三维混凝土细观模型建模方法， 其特征在， 所 述步骤S113中判断骨料颗粒是否相交重叠时， 如果当前生 成的第一骨料的球心 坐标与当前权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114840891 A 2所判定的第二骨料的球心坐标之间的距离不小于所述第一骨料与所述第二骨料的半径之 和， 则判定为 不相交， 否则判定为相交， 即按照下式判断骨料颗粒 是否相交重 叠： 其中， Ri为当前生成的第i个骨料的半径； Rn为当前所判定的第n个骨料的半径， 即已经 生成的前i ‑1个骨料的半径； (xi,yi,zi)为当前生成的第i个骨料的球心坐标； (xn,yn,zn)为 当前所判定的第n个骨料的坐标， 即已经生成的前i ‑1个骨料的球心坐标。 7.根据权利要求1～6中任意一项所述的任意形状试件的三维混凝土细观模型建模方 法， 其特征在， 所述步骤S01中， 对建立的几何模型进行有限元划分以建立所述基础有限元 模型数据库与所述生成细观模型参数为同步执 行。 8.根据权利要求1～6中任意一项所述的任意形状试件的三维混凝土细观模型建模方 法， 其特征在， 所述 步骤S02包括： S201.在所述有限元模型数据库中， 根据每个单元的节点坐标值计算出每个单元的中 心坐标； S202.获取骨料信息数据库中的球心坐标以及球体半径， 判断球心与所述有限元模型 数据库中各单元中心的距离， 若距离小于所述球体半径， 则判定对应的单元 的中心位于球 体内部， 即判定对应单 元为骨料 单元， 否则判定为砂浆单 元。 9.一种计算机设备， 包括处理器以及存储器， 所述存储器用于存储计算机程序， 其特征 在于， 所述处 理器用于执 行所述计算机程序以执 行如权利要求1～8中任意 一项所述方法。 10.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质， 其特征在于， 所述计算机程序 执行 时实现如权利要求1～8中任意 一项所述的方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114840891 A 3