[发明专利]一种基于离散元的钢纤维混凝土纤维定向分布的方法

权利要求书

1.一种基于离散元的钢纤维混凝土纤维定向分布的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)C++编程后生成磁场计算DLL文件；

(2)定义表征混凝土的粗细颗粒以及钢纤维，建立几何体模型；

(3)设置颗粒参数，选择颗粒与颗粒、颗粒与几何体的接触模型；

(4)生成粗细颗粒以及钢纤维，统计钢纤维分布情况；

(5)设置TXT文件中的磁感应强度等参数，并在颗粒体积力中选择第一步生成的DLL文件；

(6)进行磁场定向钢纤维模拟，并统计定向分布程度。

2.根据权利要求1所述的一种基于离散元的钢纤维混凝土纤维定向分布的方法，其特征在于所述步骤(1)中编写的颗粒体积力模型，即钢纤维在磁场中被磁化后受到磁场力作用而转动，其具体计算为：

在EDEM软件中，钢纤维的方向在全局坐标系下是通过方向余弦矩阵(DCM)来表示的，而在本体坐标系中为x轴正向，所以钢纤维在全局坐标系下的方向向量为方向余弦矩阵的第一行的三个值，即

设磁场方向向量为则钢纤维在磁场作用下受到的力矩的方向为

磁场力的具体计算如下所示

其中，M为磁场力对钢纤维中心轴的力矩，μ为导磁材料的相对磁导率，μ₀为真空磁导率,4π×10^-7(Tm/A)，B为磁感应强度，V为钢纤维的体积，θ为钢纤维方向与磁场方向的夹角，分别为钢纤维在全局坐标系下的方向向量和全局坐标系下的磁场方向。

3.根据权利要求1所述的一种基于离散元的钢纤维混凝土纤维定向分布的方法，其特征在于所述步骤(2)钢纤维是由EDEM中多个颗粒通过特定的方式组成，可以有平直形，弯钩形等不同形状。

4.根据权利要求1所述的一种基于离散元的钢纤维混凝土纤维定向分布的方法，其特征在于所述步骤(3)中所述的颗粒与颗粒、颗粒与几何体的接触模型中的接触参数是可以改变的，通过参数的变化可以描述不同流动性能的混凝土。

5.根据权利要求1所述的一种基于离散元的钢纤维混凝土纤维定向分布的方法，其特征在于所述步骤(6)中钢纤维定向分布情况的统计，统计方式如下：

(1)在EDEM中导出钢纤维中Orientation的XX，YX，ZX三个值，这三个值对应了钢纤维在全局坐标系下的方向向量，即

(2)通过计算纤维方向与磁场方向夹角的余弦值来表征纤维的定向情况，具体计算为

余弦值的平均值越接近1，标准差越接近0，说明钢纤维的定向分布情况越好。