CN115270477B - 一种采用离散元模拟二维混凝土中孔隙的生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布一种采用离散元模拟混凝土中孔隙的模型生成方法，包括：根据级配曲线等前置因素生成各种形状的骨料模型；利用骨料边界坐标，生成同样的簇，实现骨料向簇的转化，并将其放置到模型区域；进行DEM模拟，记录簇碰撞后分布的位置信息在dxf文件，记录所有簇得到中心坐标于txt文件；然后通过Rhino对上述的dxf文件处理，得到模型的网格信息文件；再将网格信息文件导入到Flac3d，通过记录中心坐标的txt文件对每个骨料进行分组；调用Fish指令，对满足单个孔隙面积要求的骨料进行删除，实现模型的孔隙率。在将孔隙处理后的模型二维化。本发明不同于以往的二维混凝土模型，可以在模型中根据孔隙的形状分布的特点进行生成，更符合实际。

Description

一种采用离散元模拟二维混凝土中孔隙的生成方法

技术领域

本发明属于工程材料混凝土模拟参数研究技术领域，具体涉及一种采用离散元模拟的二维混凝土混合材料几何模型的生成方法。

背景技术

通过数值方法研究混凝土的力学参数，可以很好的克服现实试验参数研究中试样变形、砂浆与骨料离析、尺寸存在误差等问题。

然而，数值方法类的研究存在一个无可避免的问题：模型建立问题，即根据试样内部参数（如：混凝土中的骨料级配、骨料的形状、试块中的孔隙等）生成符合数值试验要求的数值模型试块。当前在模型建立问题上，很多研究人员做过多方面的尝试。其中，采用二维随机骨料模型构建混凝土的数值几何模型，已经能够较为真实的反应混凝土中骨料的分布。

但是，所生成二维混凝土模型仍然一个重要问题：混凝土中孔隙形状和分布问题。在搅拌混凝土的过程中，由于空气介入，会在混凝土内部存留部分无法排除。孔隙的随机分布特性以及孔隙大小、形状的差异性都很大。现有的混凝土生成技术都无法较为真切的实现对孔隙很好的模拟。虽然有学者采用了用XCT扫描，以及混凝土切片的形式，但XCT扫描的方式，经济成本比较昂贵，试验设备要求高；而切片方式易受到机器和人为因素的干扰，对结果造成误差。其中，采用XCT扫描技术，如论文： X.F. Wang, Z.J. Yang, J.R. Yates,A.P. Jivkov, C. Zhang, Monte Carlo simulations of mesoscale fracturemodelling of concrete with random aggregates and pores, Construction andBuilding Materials 75 (2015) 35-45。采用混凝土切片技术，如论文：U.H. Jakobsen,C. Pade, N. Thaulow, D. Brown, S. Sahu, O. Magnusson, S. De Buck, G. DeSchutter, Automated air void analysis of hardened concrete — a Round Robinstudy, Cement and Concrete Research 36(8) (2006) 1444-1452。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用离散元模拟的二维混凝土混合材料几何模型的生成方法，解决现有技术中无法较为真实考虑混凝土中孔隙的形状和分布的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案实现：

一种采用离散元模拟的二维混凝土中孔隙的生成方法，包括以下步骤：

步骤1：根据级配曲线、骨料总面积、骨料边数量区间和长短轴径比信息生成所有的骨料几何模型；

步骤2：将骨料的轮廓边界向外延伸扩展，把扩展后的骨料坐标数据导入离散元软件中，根据骨料坐标数据生成相同大小、形状的簇，并将模拟区域边界设定为具有周期性的模拟边界，同时也作为混凝土数值模型的边界，可确保骨料能够在边界上实现分布。

所述周期性边界为现有技术，在中国专利有中有记载，不再赘述。申请号202111160413.2，名称：一种二维高体积分数土石混合材料几何模型的生成方法。

步骤3：进行离散元模拟簇的碰撞，使簇重新分布；然后再把骨料的外部轮廓恢复到扩展之前的状态，获取骨料重分布后的坐标，以及骨料的中心点坐标，得到骨料随机分布的混凝土模型，及混凝土模型的总面积S；

步骤4：将混凝土模型网格化，获得整个模型的所有网格单元，通过中心点坐标对每个骨料的网格单元进行重新赋组，每个骨料设定为一个组别；遍历所有组别，对每个组别内所有网格单元的上表面积进行累加，获得每个骨料的面积S_j；j∈[1，K] ，K为骨料的总数量；

步骤5： 设定孔隙率V和空隙的尺寸范围[S₁₀，S₁₁]，然后根据骨料面积进行筛选，将面积S_j处于所设定的空隙尺寸范围[S₁₀，S₁₁] 内的所有骨料的面积累加，求得S^’ ₀；

判定累加面积S^’ ₀是否大于设定模型孔隙率所对应的面积S₀，S₀= S×V：

5.1）当S^’ ₀≥S₀时，删除参与累加面积的所有骨料；

5.2）当S^’ ₀＜S₀时，增加空隙设定尺寸范围 [S₂₀，S₂₁]，则此时的空隙包括两个尺寸范围 [S₁₀，S₁₁]和[S₂₀，S₂₁]，设定此时两个尺寸范围对应的孔隙率分别为V₂₁和V₂₂，且V=V₂₁+V₂₂；面积在[S₁₀，S₁₁]范围内的所有骨料的面积累加值为S^’ ₁，面积在[S₂₀，S₂₁]范围内的所有骨料的面积累加值为S^’ ₂；

判断S^’ ₁是否大于S₁₂，S^’ ₂是否大于S₂₂；其中，S₁₂=S×V₂₁，S₂₂=S×V₂₂：

当满足条件时，删除参与累加面积的所有骨料；

当不满足条件时，重复上述步骤，继续增加空隙设定尺寸范围，直至满足条件；设定此时空隙包括N个尺寸范围，为 [S₁₀，S₁₁]、[S₂₀，S₂₁]，……，[S_i0，S_i1] ，……，[S_N0，S_N1], N个尺寸范围对应的孔隙率分别为V_N1、V_N2，……V_Ni，……，V_NN；V=V_N1+V_N2，……，+V_Ni，……，+V_NN；面积在[S₁₀，S₁₁]范围内的所有骨料的面积累加值为S^’ ₁，面积在[S₂₀，S₂₁]范围内的所有骨料的面积累加值为S^’ ₂，……，面积在[S_N0，S_N1] 范围内的所有骨料的面积累加值为S^’ _N；此时S^’ ₁≥S_1N，S^’ ₂≥S_2N，……，S^’ _N≥S_NN；其中，S_1N=S×V_N1，S_2N=S×V_N2，……，S_NN=S×V_NN；N为大于等于3的正整数，i∈[1，N]；

步骤6：将混凝土模型二维化，获得最终的二维混凝土模型。

进一步优化，所述步骤1中生成所有的骨料几何模型的过程如下：根据级配曲线划分不同的骨料粒径区间，并按照设定的骨料粒径区间占比控制对应区间内骨料粒径的面积与总骨料面积的比值；按照设定的骨料边数量区间用来控制对应骨料的边的数量；按照设定的长短轴径比将生成后的骨料沿着X轴伸长相应的比例，用来模仿长径骨料。

进一步优化，所述步骤2中骨料外延伸扩展的方法具体如下：采用明可夫斯基算法，以各个骨料模型的每个边的法向向外扩展，设定相邻骨料之间的最小间距为D，则扩展距离为D/2。

进一步优化，所述步骤2中周期性边界的特性如下：在模拟碰撞的过程中，当骨料从模拟区域的一侧飞出时，就会从模拟区域另一侧同步进入；模拟时间结束时，当有骨料正处于模拟区域边界上时，骨料会被分割成两半，其中，一半位于模拟区域飞出侧的边界处，另一半位于模拟区域飞入侧的边界处；模拟时间结束时，处于角落上的骨料，则会被分割为四块，分别放置在模拟区域四个角上，该方法可保证骨料体积分数守恒。

进一步优化，所述步骤3中，采用离散元模拟簇的碰撞方法具体为：

由于簇的绝对刚性，簇与簇是无法重叠的；在模拟区域内，当投放的簇与其他簇发生接触时会互相弹开，实现簇的碰撞，进而导致簇在区域内部和边界会发生重新分布，再导出簇重分布后的坐标信息，即实现了骨料的随机分布的混凝土模型。

进一步优化，所述步骤4中，对骨料的网格单元赋组的具体方法为：

通过步骤3已经获取，并存储骨料重分布后的中心坐标，然后将网格离散化后得到的f3grid文件导入Flac3d中，形成等厚度网格体，设定厚度为1mm，以XOZY为三维立体坐标系。每个骨料所有的网格单元被网格划分软件Rhino分配一个名字；通过骨料的中心坐标，找到离该坐标最近的网格单元，将该网格单元所属的组别重新设定，即实现了该骨料内网格单元的重新赋组，每个重新赋组的骨料给予唯一的组名，方便后续根据骨料组名对其进行删除。

进一步优化，所述步骤5中，由于Flac3d软件中虽然可以通过指令得到网格单元各个面的面积，指令为zone.face.area。但是无法判定哪个面是网格元素的上表面，即Flac3d软件无法将网格单元中的每个侧面与相应的面积值一一对应。

通过网格单元各个面的法向量进行判断上表面：网格单元是在厚度方向具有对称性，在Y轴方向对称，即关于平面XOZ对称；则网格单元上表面的法向量和向量V=[0 1 0]同向；遍历网格单元各个面的法向量，寻找和向量V同向的表面，即找到上表面。

进一步优化，所述步骤6中模型二维化实现方法具体为：由Flac2d执行，将模型中网格单元的Y坐标删除，即只记录剩余网格单元上表面的（X,Z）坐标，实现三维模型到二维模型的转化。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明将孔隙形状和分布的特点转化至骨料上，通过骨料的碰撞重分布和定向删除，实现孔隙形状和随机分布的要求。此方法将生成孔隙的困难转化至骨料上，大大简化了问题，生成的模型更加符合实际，可提高相关数值模拟的准确度。

附图说明

图1为本发明所述采用离散元模拟的二维混凝土骨料与孔隙的生成方法的流程图；

图2为实施例1中骨料扩展后维混凝土的模拟图；

图3为实施例1中骨料进行离散元碰撞后的模拟图；

图4为实施例1中对边界骨料进行分割后的模拟图；

图5为实施例1中混凝土模型网格化后，并通过骨料的中心点赋组的结果图；

图6为实例1中实现孔隙后的网格模型；

图7为实施例1中网格模型二维化后的模型图；

图8为对比例1中所涉及论文中的混凝土试块第一切片图；

图9为对比例1中所涉及论文中的混凝土试块第二切片图；

图10为对比例1中所涉及专利中的混凝土模型的示意图；

图11为实施例2中骨料扩展后维混凝土的模拟图；

图12为实施例2中骨料进行离散元碰撞后的模拟图；

图13为实施例2中对边界骨料进行分割后的模拟图；

图14为实施例2中混凝土模型网格化后，并通过骨料的中心点赋组的结果图；

图15为实施例2中实现孔隙后的网格模型；

图16为实施例2中网格模型二维化后的模型图；

图17为对比例2中所涉及论文中的混凝土模型的示意图。

实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示，一种采用离散元模拟的二维混凝土中孔隙的生成方法，包括以下步骤：

步骤1：使用Matlab软件，根据级配曲线、各骨料粒径区间、骨料边数量区间、长短轴径比信息生成所有的骨料几何模型。

在本实施例中，设定二维混凝土试块在XOZ平面的尺寸为10cm*10cm，骨料的体积分数为混凝土模型的50%。级配粒径分布为以下5个区间：[1，2]、[2，5]、[5，8]、[8，12]、[12，16]，单位为mm；对应粒径区间内的骨料占总骨料的体积百分比分别为:5.0%、15.0%、25.0%、30.0%、25.0%。鉴于孔隙要删除骨料才能获得，且小孔隙往往为圆形。因此，在骨料级配的第一个区间，即[1，2]内生成的骨料设定为圆形；而其他级配区间的骨料，设定为无规则多边形。

步骤2：将骨料的轮廓边界向外延伸扩展，并将扩展后的骨料坐标数据导入二维离散元软件中，调用程序指令，将根据骨料坐标数据生成同大小、形状的簇，并生成具有周期性的模拟边界，作为混凝土模型的边界。按照各个骨料模型的边的法向向外扩展，设定相邻骨料之间的最小间距为1mm，则扩展距离为1/2mm，如图2所示，骨料外部的黑色轮廓线为扩展后的边界，内部的灰色轮廓线为扩展前的边界。设定周期性边界，进行离散元碰撞模拟，使边界骨料在对称边界复刻，如图3所示。在模拟碰撞的过程中，当骨料从模拟区域的一侧飞出时，就会从模拟区域另一侧同步进入；模拟时间结束时，当有骨料正处于模拟区域边界上时，骨料会被分割成两半，其中，一半位于模拟区域飞出侧的边界处，另一半位于模拟区域飞入侧的边界处；模拟时间结束时，处于角落上的骨料，则会被分割为四块，分别放置在模拟区域四个角上，该方法可保证骨料体积分数守恒。

步骤3：进行离散元模拟簇的碰撞，实现簇的重分布，再把骨料恢复为扩展之前的状态，如图4所示，在保证骨料之间的最小间距的同时，获取骨料重分布后的坐标；将重分布的骨料坐标导入dxf文件,得到混凝土骨料随机分布的模型；

步骤4：使用Rhino将dxf中的模型网格化，导入至Flac3d，获得整个模型的所有网格单元，通过中心坐标，对相应的网格单元赋组，如图5所示。

步骤5: 遍历每个组内的所有单元，将网格单元的上表面积累加起来，得到了单个骨料的面积。依次，遍历所有组，获得了所有骨料的面积。由于孔隙大小不一，故设定了两个单个孔隙面积区间用来模拟大、小孔隙：[10mm²,15mm²]、[0mm²,3mm²]；两个区间所对应的孔隙率分别为0.8%、1.2%。故在本实施例中，模型的孔隙率为两个区间孔隙的总和，即2%。遍历所有骨料，符合单个孔隙面积要求的骨料，累加其面积，并记录对应骨料的组名。经计算，区间[10mm²,15mm²]对应的骨料面积累加值超过了0.8cm²，即0.8%×10cm*10cm；区间[0mm²,3mm²]对应的骨料面积累加值超过了1.2cm²，即1.2%×10cm*10cm。然后删除面积在区间[10mm²,15mm²]、[0mm²,3mm²]内的骨料，生成空隙，如图6所示，图中较大的白色孔为删除面积在[10mm²,15mm²]内的骨料后产生的空隙；白色斑点为删除面积在[0mm²,3mm²]内的骨料后产生的空隙。

步骤6：记录网格模型上表面的所有网格信息，将所得到的文件由Flac2d执行，删除模型中网格单元的Y坐标，即只记录剩余网格单元上表面的（X,Z）坐标，实现三维模型到二维模型的转化，获得最终的二维混凝土模型，如图7所示。

图8和图9为论文U.H. Jakobsen, C. Pade, N. Thaulow, D. Brown, S. Sahu,O. Magnusson, S. De Buck, G. De Schutter, Automated air void analysis ofhardened concrete — a Round Robin study, Cement and Concrete Research 36(8)(2006) 1444-1452.中混凝土试块的切片图，为真实的混凝土切片图，其中白色的孔和斑点为空隙。从图8、9中可以看出真实的

申请号：202011373667.8，名称：混凝土粗骨料、界面过渡区及孔隙率的数值模型构建方法，图10为该专利申请中混凝土模式示意图，其中灰色为砂浆，白色为骨料。该专利中的孔隙生成方法是通过孔隙率随机分布模型的控制方程，建立孔隙率随机分布模型。该方法仍然与现实混凝土中孔隙的分布有很大差距。此外，该模型也无法将骨料放置在模型边界，也与实际不相符合。

通过对图7、图8和9、图10对比，图7与图8、9具有较强的相似性，说明本发明所述方法生成的二维混凝土模拟样块，更接近实际情况，为后续混凝土样块的研究提供更有利的依据。

实施例

在本实施例中，二维混凝土试块尺寸为15cm*15cm，骨料的体积分数为混凝土模型的60%，级配粒径分布大致可以化为以下区间: [1，2]、[2，7]、[7，10]、[10，18]、[18，14] 单位为mm；对应粒径区间内的骨料占总骨料的体积百分比分别为:0.5%、7.5%、17.0%、30.0%、45.0%。鉴于孔隙要删除骨料才能获得，且小孔隙往往为圆形。因此，在骨料级配的第一个区间，即[1，2]内生成的骨料设定为圆形；而区间[2，7]的骨料，设定为无规则多边形；其他骨料区间是大粒径的鹅卵石，即生成为椭圆形状。此模型中，不再设定多个孔隙面积区间；为了删除的骨料能够达到设定模型的孔隙率2%，可将孔隙区间扩大，为[0mm²，12mm²]；骨料之间相互不接触，最小间距为1mm，防止骨料分布不均匀。

具体的模拟过程与实施例1中相同，不再赘述。其中，步骤2中将骨料进行扩展后的混凝土模拟图如图11所示，设定周期性边界，进行离散元碰撞模拟，使边界骨料在对称边界复刻，如图12所示。所述步骤3中，进行离散元模拟簇的碰撞，实现簇的重分布，再把骨料恢复为扩展之前的状态，如图13所示。所述步骤4中，使用Rhino将dxf中的模型网格化，导入至Flac3d，获得整个模型的所有网格单元，并通过骨料中心对相对应的网格单元赋组，如图14所示。所述步骤5中，累加符合孔隙设定要求的骨料面积；经计算，区间[0mm²，12mm²]对应的骨料面积累加值超过了4.5cm²，即2%×15cm*15cm；将包含的所有组名对应的骨料全部删除,如图15所示。所述步骤6中，记录网格模型上表面的所有网格信息，将所得到的文件由Flac2d执行，将完成孔隙率的模型二维化，获得最终的二维混凝土模型，如图16所示。

论文 X.F. Wang, Z.J. Yang, J.R. Yates, A.P. Jivkov, C. Zhang, MonteCarlo simulations of mesoscale fracture modelling of concrete with randomaggregates and pores, Construction and Building Materials 75 (2015) 35-45.，该文章中所述数值模拟所采用的混凝土模型，孔隙是通过搜寻算法和MATLAB中凸包算法(Convex Hull Algorithm)生成，如图17所示，深灰色为骨料，白色为空隙。具体为先设置孔隙后，然后再在模型中放置骨料，通过搜寻算法保证骨料和孔隙不会发生重叠。但当孔隙随机放置后，为了保证骨料能够放到模型中，骨料的放置就无法随机放置，不然很有可能与孔隙和已经放置好的骨料发生重叠。因此，该方法只能不断通过搜寻算法判断正放置的骨料是否与已经放置好的孔隙和骨料接触，效率低下；同时，还破坏了骨料在模型中的随机放置的特性。此外，该模型也无法将骨料放置在模型边界，与实际不符。

通过对图16、17对比，根据孔隙分布的特点和形状特性，可得出本专利申请中生成的模型更加有效，可提高数值模拟中孔隙对混凝土影响的精确度。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种采用离散元模拟的二维混凝土中孔隙的生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据级配曲线、骨料总面积、骨料边数量区间和长短轴径比信息生成所有的骨料几何模型；

步骤2：将骨料的轮廓边界向外延伸扩展，把扩展后的骨料坐标数据导入离散元软件中，根据骨料坐标数据生成相同大小、形状的簇，并将模拟区域边界设定为具有周期性的模拟边界，同时也作为混凝土数值模型的边界，可确保骨料能够在边界上实现分布；

步骤3：进行离散元模拟簇的碰撞，使簇重新分布；然后再把骨料的外部轮廓恢复到扩展之前的状态，获取骨料重分布后的坐标，以及骨料的中心点坐标，得到骨料随机分布的混凝土模型，及混凝土模型的总面积S；

步骤4：将混凝土模型网格化，获得整个模型的所有网格单元，通过中心点坐标对每个骨料的网格单元进行重新赋组，每个骨料设定为一个组别；遍历所有组别，对每个组别内所有网格单元的上表面积进行累加，获得每个骨料的面积S_j；j∈[1，K] ，K为骨料的总数量；

步骤5： 设定孔隙率V和空隙的尺寸范围[S₁₀，S₁₁]，然后根据骨料面积进行筛选，将面积S_j处于所设定的空隙尺寸范围[S₁₀，S₁₁] 内的所有骨料的面积累加，求得S^’ ₀；

判定累加面积S^’ ₀是否大于设定模型孔隙率所对应的面积S₀，S₀= S×V：

5.1）当S^’ ₀≥S₀时，删除参与累加面积的所有骨料；

5.2）当S^’ ₀＜S₀时，增加空隙设定尺寸范围 [S₂₀，S₂₁]，则此时的空隙包括两个尺寸范围[S₁₀，S₁₁]和[S₂₀，S₂₁]，设定此时两个尺寸范围对应的孔隙率分别为V₂₁和V₂₂，且V=V₂₁+V₂₂；面积在[S₁₀，S₁₁]范围内的所有骨料的面积累加值为S^’ ₁，面积在[S₂₀，S₂₁]范围内的所有骨料的面积累加值为S^’ ₂；

判断S^’ ₁是否大于S₁₂，S^’ ₂是否大于S₂₂；其中，S₁₂=S×V₂₁，S₂₂=S×V₂₂：

当满足条件时，删除参与累加面积的所有骨料；

当不满足条件时，重复上述步骤，继续增加空隙设定尺寸范围，直至满足条件；设定此时空隙包括N个尺寸范围，为 [S₁₀，S₁₁]、[S₂₀，S₂₁]，……，[S_i0，S_i1] ，……，[S_N0，S_N1], N个尺寸范围对应的孔隙率分别为V_N1、V_N2，……V_Ni，……，V_NN；V=V_N1+V_N2，……，+V_Ni，……，+V_NN；面积在[S₁₀，S₁₁]范围内的所有骨料的面积累加值为S^’ ₁，面积在[S₂₀，S₂₁]范围内的所有骨料的面积累加值为S^’ ₂，……，面积在[S_N0，S_N1] 范围内的所有骨料的面积累加值为S^’ _N；此时S^’ ₁≥S_1N，S^’ ₂≥S_2N，……，S^’ _N≥S_NN；其中，S_1N=S×V_N1，S_2N=S×V_N2，……，S_NN=S×V_NN；N为大于等于3的正整数，i∈[1，N]；

步骤6：将混凝土模型二维化，获得最终的二维混凝土模型。

2.根据权利要求1所述的采用离散元模拟的二维混凝土中孔隙的生成方法，其特征在于，所述步骤1中生成所有的骨料几何模型的过程如下：

根据级配曲线划分不同的骨料粒径区间，并按照设定的骨料粒径区间占比控制对应区间内骨料粒径的面积与总骨料面积的比值；按照设定的骨料边数量区间用来控制对应骨料的边的数量；按照设定的长短轴径比将生成后的骨料沿着X轴伸长相应的比例，用来模仿长径骨料。

3.根据权利要求1所述的采用离散元模拟的二维混凝土中孔隙的生成方法，其特征在于，所述步骤2中骨料外延伸扩展的方法具体如下：采用明可夫斯基算法，以各个骨料模型的每个边的法向向外扩展，设定相邻骨料之间的最小间距为D，则扩展距离为D/2。

4.根据权利要求1所述的采用离散元模拟的二维混凝土中孔隙的生成方法，其特征在于，所述步骤2中周期性边界的特性如下：

在模拟碰撞的过程中，当骨料从模拟区域的一侧飞出时，就会从模拟区域另一侧同步进入；模拟时间结束时，当有骨料正处于模拟区域边界上时，骨料会被分割成两半，其中，一半位于模拟区域飞出侧的边界处，另一半位于模拟区域飞入侧的边界处；

模拟时间结束时，处于角落上的骨料，则会被分割为四块，分别放置在模拟区域四个角上。

5.根据权利要求1所述的采用离散元模拟的二维混凝土中孔隙的生成方法，其特征在于，所述步骤3中，采用离散元模拟簇的碰撞方法具体为：在模拟区域内，当投放的簇与其他簇发生接触时会互相弹开，实现簇的碰撞，进而导致簇在区域内部和边界会发生重新分布，再导出簇重分布后的坐标信息，即实现了骨料的随机分布的混凝土模型。

6.根据权利要求5所述的采用离散元模拟的二维混凝土中孔隙的生成方法，其特征在于，所述步骤4中，对骨料的网格单元赋组的具体方法为：

通过步骤3已经获取，并存储骨料重分布后的中心坐标，然后将网格离散化后得到的f3grid文件导入Flac3d中，形成等厚度网格体，以XOZY为三维立体坐标系；每个骨料所有的网格单元被网格划分软件Rhino分配一个名字；通过骨料的中心坐标，找到离该坐标最近的网格单元，将该网格单元所属的组别重新设定，即实现了该骨料内网格单元的重新赋组，每个重新赋组的骨料给予唯一的组名。

7.根据权利要求6所述的采用离散元模拟的二维混凝土中孔隙的生成方法，其特征在于，所述步骤5中，由于Flac3d软件中虽然可以通过指令得到网格单元各个面的面积，但是无法判定哪个面是网格元素的上表面，即Flac3d软件无法将网格单元中的每个侧面与相应的面积值一一对应；

通过网格单元各个面的法向量进行判断上表面：网格单元是在厚度方向具有对称性，在Y轴方向对称，即关于平面XOZ对称；则网格单元上表面的法向量和向量V=[0 1 0]同向；遍历网格单元各个面的法向量，寻找和向量V同向的表面，即找到上表面。

8.根据权利要求7所述的采用离散元模拟的二维混凝土中孔隙的生成方法，其特征在于，所述步骤6中模型二维化实现方法具体为：由Flac2d执行，将模型中网格单元的Y坐标删除，即只记录剩余网格单元上表面的（X,Z）坐标，实现三维模型到二维模型的转化。

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