基于matlab的混凝土三维圆形骨料模型随机投放方法张海波（1.广州航海高等专科学校，广东广州510330；2.广东工贸职业技术学院，广东广州510510）本文采用Matlab软件建立了混凝土骨料随机投放模型。自编函数绘制骨料形状。建立的骨料随机模型原理简单、思路清晰，结果满足随机性要求。最后分别使用混凝土算例进行验证，为进行混凝土有限元细观力学分析提供了数值结构模型。关键词混凝土；三维模型；骨料随机投放；Matlab引言混凝土是以骨料为填料和以硬化水泥浆为母体组成的复合材料，宏观数学模型难以反映其材料局部的非线性特征，因此采用细观力学的方法数值模拟混凝土的受力过程可以作为试验研究的补充，为混凝土宏观力学参数的取值提供依据。在细观分析领域，首要问题是建立反映混凝土实际浇筑情况的骨料。从1984年开始研究混凝土骨料投放的数值模拟问题，随着计算机技术的不断发展以及有限元技术的不断成熟，为混凝土细观结构研究开辟了另一条途径，利用各种语言和有限元分析软件结合的方法，也可以使混凝土的细观力学性能更加明确。当前混凝土骨料随机投放有：基于传统语言、Fortran等语言进行的骨料随机投放程序编，基于Matlab的程序编写。本文采用Matlab编写了满足混凝土性能要求的骨料随机投放程序，为下一步进行混凝土细观结构的各种力学性能分析奠定了基础。基于Ma混凝土骨料随机投放程序概述Matlab优点在于有很多现成的函数可以调用，减少了编程的工作量。骨料随机投放假定假设骨料在投放区域内服从均匀分布骨料投放原则每颗骨料都不能相交、不能重合、不能互相包含。程序启动时要输入的参数，用input输入。投放区域大小;混凝土体积大小的不同,就确定了不同的骨料投放区域。混凝土骨料粒径混凝土骨料级配,由不同粒径骨料组成。各种骨料在投放区域的面积百分比:不同的混凝土需要不同的配合比，从而确定不同的骨料质量百分比；根据骨料投放区域的大小、骨料质量百分比以及混凝土密度，确定骨料的总体积百分比；根据fuller骨料级配曲线可以确定各粒径骨料在总骨料中的百分比，然后求出各种粒径骨料在混凝土中的体积百分比，最后转化为骨料在投放区域内的面积百分比。编写不同半径的圆心(x0[]；y0[]；z0[])随机选取子程序，要满足如下判断准则：A、第个骨料圆心确定需满足:x0(1)个及以后的每个骨料圆心确定需满足:x0(i)-((x0(i)-x0(j))^2+(y0(i)-y0(j))^2+(z0(i)-z0(j))^2)^0.51.05(r(i)种粒径骨料的面积，当面积超过对应的面积百分比时中断。利用(4)中的子程序产生骨料图形，并填充。以某级配混凝土骨料比例为例，其Matlab代码如下：试验研究function[Sph]=ConcreteBone(range,Num,rmin,rmax)Num=100;xmin=1;xmax=5;ymin=2;ymax=6;zmin=3;zmax=7;rmin=0.05;rmax=0.5;cum=0;cum==Numbreak;endx=rand(1)*Range([xmin,xmax]);y=rand(1)*Range([ymin,ymax]);z=rand(1)*Range([zmin,zmax]);r=rand(1)*Range([rmin,rmax]);+Sph(i,3));holdendaxisimage;根据上述代码，生成了其三维模型见图某级配混凝土圆形骨料三维模型以上算例结果表明：此程序运行简单，随机性较好，能够获得圆形混凝土骨料随机模型。结论通过编写的混凝土骨料随机投放程序，获得了混凝土三维细观结构数值模拟骨料随机投放模型，为有限元力学分析奠定了基础。运用骨料图形程序能够完成圆形骨料的投放。但是所用的生成圆形骨料程序，缺乏形状上的随机性，与实际骨料形状有一定的区别，还有未考虑黏结界面，这些都是未来深入研究的方向。实例论证了此程序的可行性。cum==0cum=cum+1;Sph(cum,:)=[xelsesum=0;y+rymax)D=sqrt((Sph(j,1)-x)^2+(Sph(j,2)-y)^2+(Sph(j,3)-DSph(j,4)+rbreak;elsesum=sum+1;endendsum=cumcum=cum+1;Sph(cum,:)=[xend参考文献展辰辉.混凝土及其组成材料动力特性研究[D].河海大学,2005.徐波.基于材料细观结构的混凝土数值模拟与性能分析[D].浙江大学,2008.土随机骨料模拟研究[J].清华大学学报(自然科学版),2003,43(5).程伟峰.混凝土架构模型的数值模拟研大连理工大学,2008.高巧红,关振群,等.混凝土骨料有限元模型自动生成方大连理工大学学报,2006,46(5).endendend[xx,yy,zz]=sphere(20);i=1:Numsurf(xx*Sph(i,4)+Sph(i,1),yy*Sph(i,4)+Sph(i,2),zz*Sph作者简介：张海波(1977,11－)，男，讲师，硕士研究生,主要从事材料工程应用研究。
