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

1、巖石、混凝土等準脆性材料的結(jié)構(gòu)及其細觀組分的力學性質(zhì)決定了材料的力學特性及破裂機制，因此在數(shù)值模型中盡可能準確的考慮材料真實的細觀結(jié)構(gòu)已成為數(shù)值計算和數(shù)值模擬發(fā)展的一種趨勢，研究材料結(jié)構(gòu)的數(shù)字化重建方法并與數(shù)值計算方法結(jié)合，對深入認識這類材料的力學特性和破裂機制具有重要理論意義和實際應用價值。本文以混凝土為研究對象，借助先進的CT掃描技術獲取材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)切片圖像，并針對CT圖像特點研發(fā)了基于CT圖像的材料結(jié)構(gòu)識別與表征方法，在此基礎上，

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)值計算方法FLAC3D和RFPA3D相結(jié)合進行了初步應用，為巖石、混凝土及其它復合材料力學性能和破壞機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，提出了環(huán)狀分區(qū)化與閾值自動識別的CT圖像分割方法，能夠準確識別表征混凝土內(nèi)部骨料和砂漿等細觀介質(zhì)，實現(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CT圖像處理程序，并討論了兩種方法的優(yōu)缺點;
　　(3)利用研發(fā)的方法建立了混凝土的三維實體化材料結(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，應用彈塑性理論模擬了混凝土在單軸受壓條件下力學演化特征;
　　(4)建立了三維網(wǎng)絡化材料結(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