细观模型

摘要： 采用纳米强化再生骨料表面的措施来改善再生骨料性能,建立多相再生混凝土细观数值模型,进行氯离子在再生混凝土内部传输的模拟和试验验证,并预测了氯盐环境下再生骨料表面强化混凝土耐久性寿命。结果表明:数值模拟得到的氯离子在再生混凝土内的分布与试验结果吻合较好;同一深度处,越靠近骨料表面,氯离子浓度越大,其中未强化再生骨料表面的氯离子浓度要大于强化再生骨料表面的氯离子浓度;增加保护层厚度可以有效提高纳米强化再生混凝土在氯盐环境下的耐久性寿命;随纳米包裹层氯离子扩散系数的减小,再生混凝土的耐久性寿命有所增加。

摘要： 非均质复合材料的宏观力学性能往往取决于细观组分的分布方式和力学性能,但是建立明确的关系表达式极其困难.为了应对这一挑战,以混凝土为研究对象,提出了一种基于深度学习的策略,能够高效、准确地通过细观模型图像信息获取应力-应变曲线.首先,使用基于卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)的GoogLeNet模型进行图像信息识别和提取,并针对应力-应变曲线的复杂性特点,进行了数据预处理操作,并且设计了相应的多任务损失函数.数据集中的细观模型图像采用基于Monte-Carlo的随机骨料模型生成,并且使用数值模拟试验获取对应细观模型的单轴压缩应力-应变曲线.最后,通过对神经网络的训练和测试评估了所提出方法的可行性.结果表明,GoogLeNet模型训练效率和预测精度均优于AlexNet和ResNet模型,具有良好的泛化能力和鲁棒性.

摘要： 通过细观模型预测方法建立了混凝土骨料特性与宏观力学性能的联系,可实现混凝土力学性能的预测。归纳了混凝土细观模型的主要结构形式及建模方法,总结了骨料体积率、形状、粒径尺寸等对混凝土静、动态力学性能的影响规律,阐述了骨料体积率、分布形式、粒径尺寸等因素对混凝土强度与弹性模量的影响程度。提出了细观模型预测混凝土宏观力学性能研究中待解决的问题。

摘要： 为了能对沥青混合料单轴压缩动态模量试验进行合理的仿真,文章建立了可表征骨料截面真实形态的四相体数值试件和虚拟加载试验。通过对大量的骨料截面轮廓进行分形维数的统计分析,得到该指标的正态分布规律,并结合中点位移法重构数值试件所需的骨料截面。基于柱坐标系的特征,将圆柱形试件转化为二维试件。基于瓦拉文公式,获得对应于Fuller级配曲线的各档骨料截面待投放数目。投放生成含有骨料、沥青砂浆、孔隙和界面的四相体数值试件,依据动态模量试验工况建立虚拟试验,并将计算结果与试验数据进行了对比分析。结果表明:采用仿真试验数据获得的动态弹性模量与室内试验数据获得的结果能较好地吻合,而相位角的误差稍大;随着加载频率的增加,动态弹性模量也逐渐增大,但增幅趋缓且呈现明显的非线性特征。该文建立的沥青混合料动态模量仿真试验可作为室内试验的有益补充。

摘要： 考虑混凝土单轴受压破坏机理,在混凝土静力损伤基础上引入弹簧-摩擦块模型,以模拟混凝土弹塑性阶段的细观结构变化。基于细观模型中弹簧、摩擦块对混凝土断裂面的影响,分析了混凝土受压损伤的破坏规律,建立了不同强度等级混凝土弹塑性单轴受压损伤本构模型,采用混凝土分形曲面模拟方法对所建模型进行了验证。结果表明:所建立的模型能够较好描述混凝土的塑性变形,对混凝土弹塑性的离散范围具有良好的预测能力。

摘要： 以原位生成法制备的TiB;颗粒增强铁基复合材料为研究对象,通过纳米压痕试验及有限元反演分析确定基体的幂硬化模型参数,建立二维细观真实结构模型和颗粒随机分布的体胞模型,然后模拟单轴拉伸试验,用等效宏观方法计算真应力-真应变曲线,对2种模型的模拟结果进行对比,并探讨边界条件对模拟结果的影响。结果表明:边界条件对模拟单轴拉伸时的真应力-真应变曲线影响较小;2种模型模拟得到单轴拉伸的真应力-真应变曲线差异较小,且与试验结果吻合,相对误差小于5%;真实结构模型模拟得到的弹性模量与屈服强度的误差小于体胞模型;不同模型模拟得到基体与颗粒的局部微观等效应力场及应变场有明显差异。

摘要： 受到边界约束的影响,混凝土构件表层的骨料含量低于构件内部,这一现象被成为端壁效应。在细观尺度上,开展了针对端壁效应影响区域范围以及骨料含量变化趋势的研究。首先,建立了基于椭球形骨料的混凝土细观模型生成方法;其次,提出了端壁效应的计算方法;最后,分析了骨料形状、级配和体积分数对端壁效应的影响。研究成果可为预制装配式桥梁混凝土构件节点处的耐久性能设计和维护提供参考。

摘要： 研究C40橡胶混凝土的合理配合比,测试分析了橡胶掺量对核心混凝土的力学性能、吸水率及干缩性的影响规律,同时采用模型结合滑移试验研究分析钢管-橡胶混凝土的界面黏结性能。结果表明:橡胶掺量低于15%时可获得C40混凝土,钢管橡胶混凝土的黏结力随橡胶的掺入呈大幅下降(降幅最大达70%),并随掺量增多而不断降低;随龄期则存在明显的非线性关系。通过模型分析,判断出两种趋势的影响因素有以下:混凝土自身强度、表面孔隙、干缩,并通过试验得到验证。采用神经网络模型,对试验进行预测,与试验结果吻合良好;运用细观模型对橡胶混凝土的微观性能进行分析,得出“孔洞”与裂隙的相关结论,论证了掺入橡胶后的变化现象。

摘要： 混凝土内部在断裂时会产生相应的声发射信号,通过这一信号,混凝土内部损伤断裂区域可以被定位。然而,混凝土是一种多相非均匀材料,而声发射定位算法是基于均匀介质假设进行计算的,因此采用该算法对其定位会产生一定的误差,有必要从细观的角度研究混凝土非均匀性对定位精度的影响。该文基于随机骨料模型以及时差定位算法(基于遗传算法),建立了一种用于估计混凝土声发射定位误差的定量估算模型。采用该模型定量估算分析了混凝土细观组分对其声速的影响,并在该分析结构的基础上继续分析了骨料含量以及声速取值偏差对定位精度的影响。结果表明,在正常骨料含量变化范围内,骨料含量对定位精度影响不大,而声速取值偏差对定位精度的影响远大于骨料含量对其的影响。

摘要： 贴壁浇筑的固体发动机推进剂药柱在点火状态下处于三向围压状态,而环向承受拉应变,亟待对围压下推进剂的破坏机理展开研究。基于自研的围压加载试验系统,通过开展推进剂在不同围压、温度和应变率下的单轴拉伸试验来研究围压、温度和应变率的耦合作用对推进剂力学行为的影响。针对围压下推进剂的力学响应特征,通过细观力学仿真进一步研究围压下推进剂的破坏形式,同时借助电镜扫描试验分析推进剂试样断面的形貌特征,通过试验和仿真相结合的手段分析了围压下推进剂的破坏机理。研究结果表明,围压下推进剂的损伤界面显著减少,且随着围压载荷的逐渐增加,推进剂的损伤形式从以颗粒脱湿为主转变为以颗粒破碎为主。

摘要： 提出了一种新的细观模型用以反映含连通开孔的饱和孔隙介质的结构特性.将流体作为基体,以取向随机分布的长柱形固体作为等效夹杂,利用Mori-Tanaka方法求解了饱和孔隙介质在排水和不排水状态时的有效弹性模量.该模型预测枫丹白露砂岩等岩土类饱和孔隙介质的有效弹性性质与实验相符很好.

摘要： 分析了非均质含能材料冲击作用下形成热点模型的研究现状，这些计算模型研究离散颗粒状含能材料具有一定局限性。以铝热剂体系为例，探讨通过实验分析体系颗粒材料的粒径分布特征，采用体积等效半径建立其细观模型，并根据由该细观模型计算得到两种材料宏观的体积比，与宏观状态直接计算的体积比相对照，两者相差不远，说明这种简化在一定程度上是合理的。采用数值模拟手段研究了该细观模型，主要研究了不同颗粒排列情况在不同冲击速度作用下形成热点的特征，并与轻气炮实验的宏观、微观实验结果进行对比分析，两者吻合较好。表明采用这种方法可以有效研究二元颗粒含能材料体系在冲击作用下形成热点的特征。最后分析了这种研究方法带来误差的原因。

摘要： 格子Boltzmann方法是使用时间和空间完全离散的细观模型来模拟流体宏观行为的一种新方法,模型的平均行为符合宏观的Navier-Stokes方程。本文通过编写Lbm程序来实现通道内流体流动的数值模拟，并通过CFD数值模拟和Lbm方法进行对比分析。

摘要： 为提高混凝土细观有限元模型骨料投放含量和建模效率,基于背景网格提出了一种修正的骨料分层投放方法,该方法特点为利用辅助面确定空间位置及最低点,按一定方式投放骨料作初级分层摆放;基于骨料封装仅在"封装箱"内而非整体判断在网格节点材料属性;最后基于背景网格对初级分层摆放的骨料作提高含量的密实处理.对弹丸侵彻混凝土的算例表明,该细观建模方法建立的模型能够较好地反映混凝土非均匀特性,非常适用于混凝土侵彻机理的数值模拟的精细分析.

摘要： 为提高混凝土细观有限元模型骨料投放含量和建模效率,基于背景网格提出了一种修正的骨料分层投放方法,该方法特点为利用辅助面确定空间位置及最低点,按一定方式投放骨料作初级分层摆放;基于骨料封装仅在"封装箱"内而非整体判断在网格节点材料属性;最后基于背景网格对初级分层摆放的骨料作提高含量的密实处理.对弹丸侵彻混凝土的算例表明,该细观建模方法建立的模型能够较好地反映混凝土非均匀特性,非常适用于混凝土侵彻机理的数值模拟的精细分析.

摘要： 为提高混凝土细观有限元模型骨料投放含量和建模效率,基于背景网格提出了一种修正的骨料分层投放方法,该方法特点为利用辅助面确定空间位置及最低点,按一定方式投放骨料作初级分层摆放;基于骨料封装仅在"封装箱"内而非整体判断在网格节点材料属性;最后基于背景网格对初级分层摆放的骨料作提高含量的密实处理.对弹丸侵彻混凝土的算例表明,该细观建模方法建立的模型能够较好地反映混凝土非均匀特性,非常适用于混凝土侵彻机理的数值模拟的精细分析.

摘要： 为提高混凝土细观有限元模型骨料投放含量和建模效率,基于背景网格提出了一种修正的骨料分层投放方法,该方法特点为利用辅助面确定空间位置及最低点,按一定方式投放骨料作初级分层摆放;基于骨料封装仅在"封装箱"内而非整体判断在网格节点材料属性;最后基于背景网格对初级分层摆放的骨料作提高含量的密实处理.对弹丸侵彻混凝土的算例表明,该细观建模方法建立的模型能够较好地反映混凝土非均匀特性,非常适用于混凝土侵彻机理的数值模拟的精细分析.

摘要： 固体火箭发动机在贮存、运输及使用等过程中有很多种因素都会对发动机各界面的粘接性能产生不良影响，导致界面脱粘。为准确构建复合固体推进剂/衬层数值模型,对复合固体推进剂及复合固体推进剂/衬层粘接试件样品微CT扫描后重构的图像进行了分析,得到了其细观形貌特征.构建了复合固体推进剂/衬层粘接体系二维细观数值模型,分析了不同老化阶段复合固体推进剂/衬层在单向拉伸作用下的脱粘过程.结果表明该数值模型及分析方法能从细观上准确地分析复合固体推进剂/衬层的脱粘过程.为细观层面上研究复合固体推进剂/衬层脱粘提供了准确的数值模型和有效的分析方法.

摘要： 固体火箭发动机在贮存、运输及使用等过程中有很多种因素都会对发动机各界面的粘接性能产生不良影响，导致界面脱粘。为准确构建复合固体推进剂/衬层数值模型,对复合固体推进剂及复合固体推进剂/衬层粘接试件样品微CT扫描后重构的图像进行了分析,得到了其细观形貌特征.构建了复合固体推进剂/衬层粘接体系二维细观数值模型,分析了不同老化阶段复合固体推进剂/衬层在单向拉伸作用下的脱粘过程.结果表明该数值模型及分析方法能从细观上准确地分析复合固体推进剂/衬层的脱粘过程.为细观层面上研究复合固体推进剂/衬层脱粘提供了准确的数值模型和有效的分析方法.

摘要： 固体火箭发动机在贮存、运输及使用等过程中有很多种因素都会对发动机各界面的粘接性能产生不良影响，导致界面脱粘。为准确构建复合固体推进剂/衬层数值模型,对复合固体推进剂及复合固体推进剂/衬层粘接试件样品微CT扫描后重构的图像进行了分析,得到了其细观形貌特征.构建了复合固体推进剂/衬层粘接体系二维细观数值模型,分析了不同老化阶段复合固体推进剂/衬层在单向拉伸作用下的脱粘过程.结果表明该数值模型及分析方法能从细观上准确地分析复合固体推进剂/衬层的脱粘过程.为细观层面上研究复合固体推进剂/衬层脱粘提供了准确的数值模型和有效的分析方法.

摘要： 本发明涉及一种基于细观力学模型的横观各向同性纤维材料性能的预测方法，以复合材料基本材料性能、基体的材料性能以及纤维长度方向的弹性模量为输入参数，通过细观力学理论模型反演，得到横观各向同性纤维的材料性能的初值，再利用基于细观力学模型的有限元优化方法计算得到横观各向同性纤维的材料性能。本发明给出了一种求解横观各向同性纤维材料性能的优化方法，利用基于细观力学的有限元模型得到了难以试验测得的横观各向同性纤维的材料性能，为复合材料的细观力学研究提供了必要的材料性能参数。

摘要： 一种由两相复合材料细观数值模型生成点云模型的方法，本发明涉及由两相复合材料细观数值模型生成点云模型的方法。本发明为了解决对复合材料进行计算机模拟时，单一软件内的数值模型所含信息不够完整，以及部分软件相关文件占用存储空间较大的问题。本发明包括：步骤一：对点云模型和材料信息数据进行初始化；步骤二：确定输入的两相复合材料细观数值模型的空白区域；步骤三：根据数值模型几何信息对数值模型进行处理；步骤四：向点步骤一初始化后的点云模型中的点输入材料信息，得到带有材料信息的点云模型。本发明可节省存储空间50％以上，且用户输入的数据信息越多，节省空间越多本发明用于复合材料计算机模拟领域。

摘要： 本发明涉及一种基于细观力学模型的横观各向同性纤维材料性能的预测方法，以复合材料基本材料性能、基体的材料性能以及纤维长度方向的弹性模量为输入参数，通过细观力学理论模型反演，得到横观各向同性纤维的材料性能的初值，再利用基于细观力学模型的有限元优化方法计算得到横观各向同性纤维的材料性能。本发明给出了一种求解横观各向同性纤维材料性能的优化方法，利用基于细观力学的有限元模型得到了难以试验测得的横观各向同性纤维的材料性能，为复合材料的细观力学研究提供了必要的材料性能参数。

摘要： 一种由两相复合材料细观数值模型生成点云模型的方法，本发明涉及由两相复合材料细观数值模型生成点云模型的方法。本发明为了解决对复合材料进行计算机模拟时，单一软件内的数值模型所含信息不够完整，以及部分软件相关文件占用存储空间较大的问题。本发明包括：步骤一：对点云模型和材料信息数据进行初始化；步骤二：确定输入的两相复合材料细观数值模型的空白区域；步骤三：根据数值模型几何信息对数值模型进行处理；步骤四：向点步骤一初始化后的点云模型中的点输入材料信息，得到带有材料信息的点云模型。本发明可节省存储空间50％以上，且用户输入的数据信息越多，节省空间越多本发明用于复合材料计算机模拟领域。

摘要： 本发明公开了一种基于逐级划分的沥青混合料三维细观结构模型构建方法，具体包括：在模型空间中根据投放的核点生成三维Voronoi图从而将其划分为多个元胞，将划分后生成元胞的个数与所求档位单个骨料代表性体积建立联系，使得元胞库中能含有更多符合当前档位骨料粒径的元胞；对元胞利用三角面内随机取点方法初步确定骨料形状，再经过几何优化和缩放得到骨料库；通过计算骨料的包围盒确定其粒径和球度，并根据粒径和球度确定所求档位理想骨料，再从中挑选出满足体积误差的骨料就得到了当前所求档位骨料；继续模拟下一档位骨料，直至所有档位骨料生成完毕，就完成了对模型空间的逐级划分，从而得到了最终所需的沥青混合料细观结构。

摘要： 本发明公开一种PFC3D内置线性接触模型各细观参数与宏观力学参数之间的关联性具体步骤为：建立尾矿砂三轴三维试验模型。选定尾矿砂参数假定，确定级配曲线及对比试验结果的分析，着重考虑级配及颗粒形状对试验结果的影响。采用clump命令开发了非球形颗粒，进行单因素改变条件下的一系列数值三轴试验，分析得到线性接触模型细观参数对其表现出的宏观力学特性非单因素影响，其存在一定的交叉影响作用，但对每个宏观力学参数均存在一个占主导地位的控制性细观参数，其影响程度远超其余细观参数。通过试验得出宏‑细观参数关联性及参数调整的顺序，这有助于使线性接触模型参数标定过程程序化，快速化。

摘要： 本发明公开了一种考虑节理宏细观形貌的剪切强度模型的构建方法，其包括如下步骤：获取节理试样节理表面二维轮廓线；获取节理表面形貌离散处理图像及节理表面二维轮廓线的坐标数据矩阵；获取节理宏观起伏度特征；获取节理细观粗糙度特征；获取节理峰值剪胀角ip与节理宏观起伏度特征及节理细观粗糙度特征的关系；将节理峰值剪胀角ip代入经典Patton强度模型中，获取考虑节理宏细观形貌的剪切强度模型。本发明通过分离出节理宏观起伏度特征分量及节理细观粗糙度特征分量，实现对节理宏观形貌及节理细观形貌的分离重构，并分别考虑节理宏观起伏度特征、细观粗糙度特征对节理剪胀的贡献，进而建立考虑节理宏细观形貌的剪切强度模型，能够有效预测节理剪切强度。

摘要： 一种由两相复合材料细观模型生成点云模型的方法，本发明涉及由两相复合材料细观模型生成点云模型的方法。本发明为了解决对复合材料进行计算机模拟时，由声波探测或X射线探测得到的细观模型所含信息不够完整，以及部分软件相关文件占用存储空间较大的问题。本发明包括：步骤一：对点云模型和材料信息数据进行初始化；步骤二：确定输入的两相复合材料细观模型的空白区域；步骤三：根据细观模型各检测点几何信息以及细观模型携带的信息对细观模型进行处理；步骤四：向步骤一初始化后的点云模型中的点输入材料信息，得到带有材料信息的点云模型。本发明用于复合材料计算机模拟领域。

摘要： 一种由两相复合材料细观模型生成点云模型的方法，本发明涉及由两相复合材料细观模型生成点云模型的方法。本发明为了解决对复合材料进行计算机模拟时，由声波探测或X射线探测得到的细观模型所含信息不够完整，以及部分软件相关文件占用存储空间较大的问题。本发明包括：步骤一：对点云模型和材料信息数据进行初始化；步骤二：确定输入的两相复合材料细观模型的空白区域；步骤三：根据细观模型各检测点几何信息以及细观模型携带的信息对细观模型进行处理；步骤四：向步骤一初始化后的点云模型中的点输入材料信息，得到带有材料信息的点云模型。本发明用于复合材料计算机模拟领域。

摘要： 本发明公开一种环向梯度泡沫材料的三维细观模型的建模方法及其系统，其中所述建模方法包括：获取环向梯度泡沫材料模型的宏观尺寸数据；设置环向梯度泡沫材料的梯度分布构型；根据所述梯度分布构型、以及所述环向梯度泡沫材料模型的宏观尺寸生成多个胞元核心点的坐标；根据所述多个胞元核心点的坐标建立具有细观胞元结构的环向梯度泡沫材料的几何模型，其中每个胞元均具有十四面体结构；对环向梯度泡沫材料的几何模型进行网格划分，建立环向梯度泡沫材料的网格模型；根据环向梯度泡沫材料的网格模型，建立可进行计算的环向梯度泡沫材料的有限元模型。通过本申请可真实反映三维材料中的复杂载荷状态，并可反映材料内部真实的载荷。