(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 202210825040.4 (22)申请日 2022.07.14 (71)申请人 重庆交通大 学 地址 402247 重庆市江津区双福镇福星大 道1号 (72)发明人 吴林键　蒋含　鞠学莉　张文霄　 纪旭东　狄宇涛　赵岳　张斯琪　 代川　 (74)专利代理 机构 重庆航图知识产权代理事务 所(普通合伙) 50247 专利代理师 孙方 (51)Int.Cl. G06T 17/10(2006.01) G16C 60/00(2019.01) G06F 30/23(2020.01)G06F 111/10(2020.01) G06F 113/26(2020.01) (54)发明名称 混凝土三维细观数值模型构建方法及氯离 子传输仿真系统 (57)摘要 本发明公开一种混凝土三维细观数值模型 构建方法及氯离子传输仿真系统， 该方法首先利 用Monte‑Carlo法、 Fuller级配关系、 德洛内三角 网算法随机生成混凝土三维多面体集料， 然后按 照集料粒径从大到小排序后进行随机投放， 在投 放的过程生成多面体集料的界面区并根据重叠 判别准则建立全部多面体集料及其界面区， 完成 混凝土三维细观数值模型的构建； 本发明所生成 的多面体集料在形状、 粒径、 分布等具有随机性， 更符合实际情况， 且计算效率高； 同时， 基于混凝 土三维细观数值模型建立的氯离子传输仿真系 统， 可克服 混凝土内氯离子传输数值仿真研究当 中大多数将集料形状假定为规则球形或椭球形 等与实际情况不符的问题。 权利要求书3页 说明书10页 附图4页 CN 115205486 A 2022.10.18 CN 115205486 A 1.混凝土三维细观数值模型构建方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： S1： 构建三维多面体集料模型， 根据集料粒径范围生成不同粒径大小的三维多面体集 料； S2： 将三维多面体集料按照粒径di从大到小进行排序， 并按照排列顺序随机投放第i个 多面体集料， 通过Monte ‑Carlo法随机在L ×M×H的混凝土三维细观模型线框中生成第i个 多面体集料最小外 接球的球心坐标； 重叠判别： 判断第i个多面体集料是否会与之前已投放的i ‑1个集料重叠。 采用多面体 集料最小外接球球心距Li,j与多面体 集料最小外接球的半径之和Lr‑i,j二者的关系来进行重 叠判别， 记录并保存 满足条件Li,j≥Lr‑i,j的多面体集料几何信息； 其中， Li,j为相邻两多面体集料最小外接球球心距； Lr‑i,j为相邻两多面体集料最小外接 球半径之和； S3： 构建并生成第i个多面体集料的界面区， 记录第i个多面体集料的界面区信息； S4： 直到全部多面体集料投放完毕， 即完成混凝 土三维细观数值模型的构建。 2.如权利要求1所述的混凝土三维细观数值模型构建方法， 其特征在于： 所述步骤S1中 构建三维多面体集料模型按照以下步骤进行： 步骤(1)： 确定三维多面体集料模型中的基本参数； 步骤(2)： 随机生成第i个多面体集料 粒径di； 步骤(3)： 判断集料粒径di是否满足dmin≤di≤dmax， 若满足， 继续执行步骤(4)， 若不满 足， 则返回重新执 行步骤(2)； 其中， 集料最小粒径dmin、 最大粒径dmax； 步骤(4)： 生成粒径为di的多面体集料模型； 步骤(5)： 计算第i个集料体积vai并按照以下 方式判断是否满足集料体积占比Ca0： 判断第i个集料体积占比Cai是否满足Cai≥Ca0， 若满足， 则继续执行步骤(6)， 若不满足， 则返回重新执 行步骤(2)， 其中， Cai为第i个集料体积占比， Ca0表示集料体积占比； 步骤(6)： 记录并保存第i个多面体集料信息； 步骤(7)： 按照以下 方式判断集料 是否生成完毕： 判断集料累计 体积va是否满足va≥vas， 若不满足， 令i ＝i+1， 返回步骤(2)； 若满足， 则三维多面体集料生成完毕， 其中， vas为混凝土集料总体积。 3.如权利要求2所述的混凝土三维细观数值模型构建方法， 其特征在于： 所述步骤(2) 中的第i个多面体集料 粒径di按照以下步骤生成： 根据Monte ‑Carlo算法生成区间[0,1]内的任 意随机数Fi， 并根据Fuller级配公式(1)求 解得到符合Ful ler级配曲线的多面体集料 粒径di； 其中， di表示第i个集料的粒径。 4.如权利要求2所述的混凝土三维细观数值模型构建方法， 其特征在于： 所述步骤(4) 的多面体集料模型按照以下 方式构建： 以(0,0,0)为中心点坐标生成直径为di的球， 在球内及球面上任 意取点并根据所取的点 采用德洛内三角网算法构建粒径为di的多面体集料。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115205486 A 25.如权利要求2所述的混凝土三维细观数值模型构建方法， 其特征在于： 所述步骤(5) 中的集料体积占比Cai按照以下公式计算： Cai＝vai/vsi＝vai/( π*di3/6)                                     (2) 式中： Cai为第i个集料体积占比； vai为第i个多面体集料体积； vsi为第i个集料对应的最 小外接球的体积； di为第i个集料 粒径。 6.如权利要求1所述的混凝土三维细观数值模型构建方法， 其特征在于： 所述步骤S2的 重叠判别按照以下步骤进行： 按照以下公式计算多面体集料最小外接球球心距Li,j与多面体集料最小外接球的半径 之和Lr‑i,j： 式中： Li,j为相邻两多面体集料最小外接球球心距， Lr‑i,j为相邻两多面体集料最小外接 球半径之和； 判断Li,j是否满足Li,j≥Lr‑i,j， 若不满足， 返回并重新随机投放下一个多面体集料； 若满 足， 则保存并更新第i个多面体集料的几何信息 。 7.如权利要求1所述的混凝土三维细观数值模型构建方法， 其特征在于： 所述步骤S3按 照以下步骤构建并生成第i个多面体集料的界面区： 步骤S31： 设置界面区基本参数； 步骤S32： 生成第i个多面体集料的界面区， 多面体集料界面区厚度按以下公式计算； titz＝ δ*R                                                     (4) 式中： titz为界面区厚度， δ为界面区厚度倍数， R为集料最小外接球中心点距离多面体 角点的距离； 将多面体集料外接球球心O与集料任一角点A相连， 得到集料中心点与角点A的距离 ROA， 延长ROA的δ 倍至A ’点， 延长距离即为该处界面区厚度titz； 其中， A’点坐标的计算表达式为： 式中： (x0,y0,z0)为多面体集料中心点的坐标； (xA,yA,zA)为集料角点A的坐标； (xA’,yA’,zA’)为生成的界面区角点A ’的坐标； δ 为界面区厚度倍数； 步骤S33： 记录第i个多面体集料界面区的信息； 步骤S34： 判断集料界面区是否生成完毕： 判断i是否满足i≥na， 若不满足， 则令i＝i+1， 返回循环执行步骤S32， 若满 足， 则全部多面体集料的界面区生成完毕； 其中， na表示已生成 的集料数量。 8.基于混凝土三维细观数值模型的氯离子传输仿真系统， 其特征在于： 包括混凝土多 面体集料细观数值模型构建模块、 氯离子传输参数模块、 氯离子传输过程仿真分析模块和 仿真结果输出模块；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115205486 A 3