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摘要
为解决已有混凝土细观数值模拟方法计算效率低、对象尺寸受限的问题，提出一种基于Voronoi网格拓扑和刚体弹簧模型（RBSM）的混凝土细观建模新思路。该模型将混凝土视为由骨料、水泥砂浆组成的二相材料，骨料通过Voronoi单胞描述，视为刚性体，水泥砂浆简化为Voronoi单胞交界面的均布弹簧，弹簧刚度依据局部砂浆的实际情况自动定义。无需对骨料和水泥砂浆进行网格细化，可大大减少单元数量，允许Voronoi单胞在界面处侵入和分离，描述混凝土的变形、开裂等。为验证本文模型的有效性和适用性，开展了室内试验与数值模拟的对比研究，并分析了骨料占比等参数的敏感性。结果表明：基于Voronoi-RBSM的混凝土细观模型，可以较为高效、准确预测混凝土构件在加载过程中细观力学响应，对于尺寸较小的混凝土试件、尺寸较大钢筋混凝土简支梁均有较好的细观模拟效果，尤其是当网格尺寸与骨料平均粒径接近时，预测结果与试验结果最为接近。此外，模型的预测精度受骨料体积占比影响，骨料体积占比越小精度越低，因此，并不适用于浆体占比高的混凝土材料细观数值模拟。
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单位土木工程学院; 湖南科技大学
