基于CT掃描的混凝土三維材料結(jié)構(gòu)模型重建及應(yīng)用研究.pdf

1、巖石、混凝土等準(zhǔn)脆性材料的結(jié)構(gòu)及其細(xì)觀組分的力學(xué)性質(zhì)決定了材料的力學(xué)特性及破裂機(jī)制，因此在數(shù)值模型中盡可能準(zhǔn)確的考慮材料真實(shí)的細(xì)觀結(jié)構(gòu)已成為數(shù)值計(jì)算和數(shù)值模擬發(fā)展的一種趨勢(shì)，研究材料結(jié)構(gòu)的數(shù)字化重建方法并與數(shù)值計(jì)算方法結(jié)合，對(duì)深入認(rèn)識(shí)這類材料的力學(xué)特性和破裂機(jī)制具有重要理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文以混凝土為研究對(duì)象，借助先進(jìn)的CT掃描技術(shù)獲取材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)切片圖像，并針對(duì)CT圖像特點(diǎn)研發(fā)了基于CT圖像的材料結(jié)構(gòu)識(shí)別與表征方法，在此基礎(chǔ)上，

2、提出了兩種三維材料結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建方法，并輸入到數(shù)值計(jì)算方法FLAC3D和RFPA3D相結(jié)合進(jìn)行了初步應(yīng)用，為巖石、混凝土及其它復(fù)合材料力學(xué)性能和破壞機(jī)理的研究提供了一種新的手段和思路。主要展開了如下工作:
　　(1)分析了CT切片圖像特點(diǎn)，提出了環(huán)狀分區(qū)化與閾值自動(dòng)識(shí)別的CT圖像分割方法，能夠準(zhǔn)確識(shí)別表征混凝土內(nèi)部骨料和砂漿等細(xì)觀介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了混凝土三相材料結(jié)構(gòu)的數(shù)值表征;
　　(2)借助于位圖矢量化理論，以分層切片為骨架，研

3、發(fā)了三維實(shí)體化的材料結(jié)構(gòu)模型的重建方法;以像素為基本單元，通過切片信息疊加，研發(fā)了三維網(wǎng)格化的材料結(jié)構(gòu)模型重建方法，開發(fā)了相應(yīng)CT圖像處理程序，并討論了兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn);
　　(3)利用研發(fā)的方法建立了混凝土的三維實(shí)體化材料結(jié)構(gòu)模型，并將該材料結(jié)構(gòu)模型與商業(yè)軟件FLAC3D相結(jié)合，應(yīng)用彈塑性理論模擬了混凝土在單軸受壓條件下力學(xué)演化特征;
　　(4)建立了三維網(wǎng)絡(luò)化材料結(jié)構(gòu)模型和RFPA3D之間的數(shù)據(jù)接口，將混凝土三維網(wǎng)格化材