[发明专利]一种混凝土骨料二维随机投放的双向游走法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种混凝土骨料随机投放的数值模拟方法，具体是一种混凝土骨料二维随机投放的双向游走法。

二、背景技术

在混凝土中进行骨料的二维随机投放，是开展真实骨料分布条件下混凝土力学性能和耐久性研究的基础。随机投放过程和结果的合理性会影响数值模拟过程中混凝土细观结构模型的合理性，从而影响对混凝土力学性能及耐久性的数值分析结果的可靠性。

传统的混凝土骨料二维随机游走投放法能够模拟重力作用下骨料在混凝土浇捣和振捣过程中的运动过程。该方法具有骨料投放率高，填充率高的优点。首先将骨料分批放置于初始区域，然后令其向下随机游走，使得投放区域的骨料逐步密实，最终达到投放目的。该方法优势在于能高效简便地进行高投放量的骨料随机投放。但是，传统的骨料随机游走投放方法在竖向上只有方向向下的游走，使骨料在整个投放区域内分布不均匀，造成底部投放区域的骨料排列过于紧密，而上部投放区域缺少骨料，特别是在骨料投放量较小的时候，上部投放区甚至会出现空白的无骨料区域，与骨料在混凝土中的实际分布情况有一定差异。

因此，针对骨料在混凝土中的随机投放问题开展研究，提出合理的混凝土骨料随机投放方法，建立骨料分布均匀合理的混凝土二维空间模型，对开展混凝土力学性能和耐久性分析具有重要的学术意义和工程应用价值。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种混凝土骨料二维随机投放的双向游走法，能够开展不同级配条件的骨料在混凝土中的连续投放，且使骨料在整个混凝土二维投放区域中分布均匀，从而建立骨料分布符合实际情况的混凝土二维空间模型。

本发明通过以下述技术方案实现上述目的：一种混凝土骨料二维随机投放的双向游走法，包括以下步骤：

1、混凝土待投放骨料库的生成

确定骨料形状、骨料级配、目标骨料投放量以及混凝土初始二维投放区域和目标二维投放区域的尺寸，根据骨料形状和骨料级配确定骨料粒径代表值，进而结合目标骨料投放量和混凝土目标二维投放区域的尺寸，生成混凝土待投放骨料库。

2、混凝土骨料的随机投放与顺向游走

随机确定骨料库中待投放骨料颗粒的投放顺序，依次将骨料投放在混凝土初始二维投放区域内，投放后根据投放顺序对每颗骨料进行顺向游走。在投放下一颗骨料时，不得与之前投放在初始区域内的骨料重叠，如无法继续投放，则应等待已投放骨料已经从初始二维投放区域内游走后再进行投放。每颗骨料进行顺向游走后，需要进行游走位置判定。重复此步骤直至骨料库中的骨料投放完毕，并全部游走至混凝土目标投放区域内。

3、混凝土骨料的随机逆向游走

根据骨料投放的逆顺序对每颗骨料进行逆向游走，其顺序为最后投放的骨料最先进行逆向游走，依次直至最先投放的骨料最后进行逆向游走。每颗骨料进行逆向游走后，需要进行游走位置判定。重复此步骤直至混凝土目标投放区域上方没有大片无骨料区域，骨料在整个混凝土目标投放区域内保持均衡。

4、混凝土二维投放区域骨料分布情况分析

将混凝土二维投放区域划分为不同骨料分布分析区，分析每个骨料分布分析区内的骨料含量，绘制表格，列出各个骨料分布分析区内的骨料含量，并计算骨料含量分布的标准差和变异系数，用于评价骨料随机投放的质量。

所述混凝土骨料包括圆形骨料和多边形骨料。

所述骨料级配是组成骨料的不同粒径区间颗粒的比例关系。

所述骨料投放量为投放后骨料面积占混凝土目标投放区域面积的百分比。

所述混凝土初始二维投放区域为骨料投放时的初始放置区域，所述目标二维投放区域为游走完成后骨料最终进入的区域，初始二维投放区域位于目标二维投放区域的上方。

所述骨料粒径代表值是单个生成骨料颗粒尺寸大小的表征值，其数值为粒径区间的中间值，对于圆形骨料，生成的骨料颗粒的直径应等于骨料粒径的代表值，对于多边形骨料，生成的骨料颗粒的中心到骨料颗粒各顶点的长度应等于骨料粒径代表值的二分之一。

所述的顺向游走包括向左或者向右的随机横向游走和向下的随机竖向游走。所述的逆向游走包括向左或者向右的随机横向游走和向上的随机竖向游走。