CN116822309A - 一种混杂纤维的混凝土细观有限元模型的建立方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种混杂纤维的混凝土细观有限元模型的建立方法；在设定区域随机生成骨料，新生成的骨料与已生成的骨料之间进行侵入判定，如不侵入，则计算骨料累积体积率，直至满足体积率要求；骨料生成完成后按照纤维相关参数随机生成第一种纤维，对纤维与骨料、纤维与纤维之间进行侵入判定，如均不侵入，则计算纤维累积体积率，直至体积率满足要求；采用Fortran编程对细观组分单元进行识别，完成混杂纤维混凝土细观有限元模型的建立；本发明在细观骨料混凝土模型的基础上掺入了混杂纤维，并解决了网格划分的难题，整体模型采用六面体网格划分，解决了四面体网格计算时间长、计算结果收敛性低的问题、有效提升了有限元模型计算效率和精度，同时使得各细观组分之间接触性较好，可适用于各类静、动力学实验模拟。

Description

一种混杂纤维的混凝土细观有限元模型的建立方法

技术领域

本发明涉及一种混杂纤维的混凝土细观有限元模型的建立方法，属于纤维细观混凝土仿真的技术领域。

背景技术

近年来，国内外众多学者将多种不同性能、不同尺寸的纤维掺入混凝土中形成的一种具备高性能的复合混凝土材料，目的是使各纤维之间的优势得以优化组合提高综合效果。虽然进行力学试验是了解纤维混凝土本构关系和力学性能最直接的方式，然而，该手段只能通过试验结果对纤维的增强效果进行分析，考虑到物理力学试验的缺陷，其不能根据纤维受力情况来分析纤维对混凝土力学性能的增强机理，同时较难对纤维受力后拔出过程中粘结滑移的影响进行宏观分析，而采用有限元软件对纤维混凝土进行数值模拟能够弥补物理试验的局限性。目前针对混杂纤维混凝土的数值模型中，缺乏对不同尺寸下骨料、纤维的体积率控制，同时考虑骨料、砂浆、ITZ、混杂纤维的模型较少，复杂的纤维混凝土细观模型建立完成后，缺乏对复杂细观模型进一步进行网格划分的技术，因此，在细观尺度下高度还原混杂纤维混凝土的细观组分，建立可直接进行数值计算的混杂纤维混凝土有限元模型具有重要的理论意义和工程意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作简单，灵活，结果准确度高的基于蒙特-卡洛包含两种纤维的混杂纤维混凝土细观有限元模型的建模方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种包含两种纤维的混杂纤维混凝土细观有限元模型的建模方法，步骤如下：

S1：混杂纤维混凝土基体以圆柱体为例，确定圆柱形混杂纤维混凝土基体的尺寸，圆柱体截面半径为R_基体，圆柱形混凝土高度为h,则混凝土基体的体积为：

V_基体＝π·R_基体 ²·h

首先求出三种骨料体积：V1、V2、V3；随后求得两种纤维单根纤维体积：V4、V5。

S2：完成骨料和纤维所需的相关参数设置，先在指定区域内随机生成骨料，除第一个生成的骨料外，后面每生成一个骨料均需与已生成骨料进行侵入判定，如均不侵入，则生成该骨料并计算体积率，否则删除该骨料并重新生成骨料进行侵入判定，直至已生成骨料累积体积率达到设定值；

骨料体积率计算公式如下：

S3：确定每根纤维第一端点A点的坐标，过程如下:

首先使用rand函数rand(n₁+n₂,1),其代表生成n1+n2个在0到1之间的随机数，随后确定A₁、A₂点在笛卡尔坐标系中的三个坐标：

随机生成第一种纤维每根纤维第一端点A₁点的x坐标：

X_A1＝L₁+rand(n1+n2,1)·(a-2L₁)

随机生成第一种纤维每根纤维第一端点A₁点的y坐标：

Y_A1＝L₁+rand(n1+n2,1)·(b-2L₁)

随机生成第一种纤维每根纤维第一端点A₁点的z坐标：

Z_A1＝L₁+rand(n1+n2,1)·(c-2L₁)

随机生成第二种纤维每根纤维第一端点A₂点的x坐标：

X_A2＝L₂+rand(n1+n2,1)·(a-2L₂)

随机生成第二种纤维每根纤维第一端点A₂点的y坐标：

Y_A2＝L₂+rand(n1+n2,1)·(b-2L₂)

随机生成第二种纤维每根纤维第一端点A₂点的z坐标：

Z_A2＝L₂+rand(n1+n2,1)·(c-2L₂)

基于蒙特-卡洛法随机生成每根纤维的第二端点B点和终点C点，最终完成混杂数学建模，过程如下：

提取蒙特-卡洛循环中第一根纤维，并随机选取其与x轴夹角θ_x:

θ_x＝rand(1)·2π

其与y轴夹角为θ_y:

θ_y＝rand(1)·2π

其与z轴夹角为θ_z:

θ_z＝rand(1)·2π

从而，纤维第二端点B1点的坐标便可得到，B1点的x，y，z坐标的值分别为：

X_B1＝X_A1+L₁·cos(θ_x)

Y_B1＝Y_A1+L₁·cos(θ_y)

Z_B1＝Z_A1+L₁·cos(θ_z)

该纤维的中点C点坐标也可以得到，C点x,y,z坐标值分别为：

X_C1＝X_A1+L₁·cos(θ_x)/2

Y_C1＝Y_A1+L₁·cos(θ_y)/2

Z_C1＝Z_A1+L₁·cos(θ_z)/2

S4：在指定区域内生成第一种纤维，第一根纤维只需要与已有骨料进行侵入判定，后续每生成一个纤维均需与已生成骨料和已生成纤维进行侵入判定，如均不侵入，则生成该纤维并计算体积率，否则删除该纤维并重新生成纤维进行侵入判定，直至已生成纤维累积体积率达到设置值，第二种纤维的生成方式与第一种纤维的生成方式一致。

纤维体积率计算公式如下：

S5：将骨料的圆心坐标、半径及线纤维坐标输出后，采用Fortran编程对细观组分单元进行识别，将纤维混凝土细观模型直接投影至容器的均质有限元模型中；完成混杂纤维混凝土细观有限元模型的建立。

优选的，本发明在步骤S1中：

三种骨料体积，骨料体积计算方法：

V1、V2、V3分别指第一种骨料的体积、第二种骨料的体积、第三种骨料的体积，D1、D2、D3分别三种骨料的直径参数，n1，n2,n3分别为三种骨料的数量；两种纤维单根纤维体积计算如下：

V4为第一种纤维的体积，V5第二种纤维的体积；L₁、L₂分别为两种纤维的长度。

优选的，本发明步骤S2中：骨料的相关参数包括三组连续级配的骨料直径范围D1∈[dia1,dia2]、D2∈(dia2,dia3]、D3∈(dia3,dia4]，每组粒径范围的骨料累积体积为V1、V2、V3；骨料数组文件，即共生成骨料数量：D1范围内骨料数量为n1，D2范围内骨料数量为n2，D3范围内骨料数量为n3，骨料的直径R_骨料，骨料的球心坐标(X_骨料，Y_骨料，Z_骨料)；

纤维的相关参数包括两种纤维的长度范围L1∈[len1,len2]、L2∈[len3,len4]，第一种纤维数量为n4，横截面积为S_截面积A，第二种纤维数量为n5，横截面积为S_截面积B。

优选的，本发明步骤S2中：骨料与骨料间是否产生侵入现象的判断方法如下：

建立的三维混凝土细观模型内部第一骨料球心坐标与判定的第二骨料的球心坐标之间的距离大于等于骨料最大半径之和，则判定为不相交，否则判定为相交，即按照下式判断骨料颗粒是否侵入：

(X_骨料i、Y_骨料i、Z_骨料i)为第一骨料球心坐标，(X_骨料n、Y_骨料n、Z_骨料n)为第二骨料球心坐标。

优选的，本发明在步骤S4中，骨料与纤维是否产生侵入现象的判断方法如下：

骨料与纤维侵入判定只需要判定纤维与骨料球心的最短距离大于或等于骨料半径，即判断两端点以及中点与骨料球心之间的距离，判定过程如下:

取骨料球心坐标(X_骨料i,Y_骨料i,Z_骨料i),球心与纤维第一端点距离：

球心与纤维第二端点距离：

球心与纤维中点距离：

(X_A1，Y_A1，Z_A1)为第一端点坐标，(X_B1，Y_B1，Z_B1)为第一端点坐标，(X_C1，Y_C1，Z_C1)为纤维中点坐标。

优选的，本发明在步骤S4中，纤维与纤维是否产生侵入现象的判断方法如下：只需要判定线纤维向量乘积不为0，判定过程如下：

取第一种纤维坐标两端点A₁(X_A1,Y_A1,Z_A1)，B₁(X_B1,Y_B1,Z_B1)

取第二种纤维坐标两端点A₂(X_A2,Y_A2,Z_A2)，B₁(X_B2,Y_B2,Z_B2)

优选的，本发明在步骤S4中：容器的均质有限元模型可通过ANSYS/APDL或者HyperMesh等有限元软件生成，并将容器的均质有限元模型以k文件形式导出。

优选的，本发明采用Fortran编程对细观组分单元进行识别，识别方法如下：

a.在Visual Studio软件中采用Fortran语言对骨料坐标文件格式及均质有限元模型的k文件进行识别定义；识别定义的内容主要为：①不同直径的骨料数量n1、n2、n3，骨料直径和骨料中心坐标的数组格式；②均质有限元模型的k文件的单元总数量E，节点总数量N，k文件单元和节点的数组格式；

b.计算出所有单元的中心坐标(X_E，Y_E，Z_E)，判断其到第一个骨料中心(X_骨料1，Y_骨料1，Z_骨料1)的距离，如距离小于第一个骨料的半径D1，则将该单元判定为骨料+界面组Part_1，否则为砂浆组Part_2；然后按照上述方法判断其到第二个骨料中心(X_骨料2，Y_骨料2，Z_骨料2)的距离，以此类推，直至历遍所有骨料；

c.重复b中的操作，计算出所有单元的中心坐标(X_E，Y_E，Z_E)，判断其到第一个骨料中心(X_骨料1，Y_骨料1，Z_骨料1)的距离，如距离小于第一个骨料的半径D1-界面厚度T，则将该单元判定为骨料组Part_3，则Part_1只剩下界面，即为界面组；自此，完成了不同细观组分单元的识别，生成了界面(Part_1)、砂浆(Part_2)及骨料(Part_3)的有限元模型。

d.在ANSYS/APDL中读取所有纤维的起始点坐标(X_{纤维1-start}、Y_{纤维1-start}、Z_{纤维1-start})和终止点坐标X_纤维1-end、Y_纤维1-end、Z_纤维1-end)，采用link161单元建立纤维的有限元模型，第一种纤维为Part_4，第二种纤维为Part_5。

最后根据所确定的混凝土尺寸、骨料数量以及纤维数量，求出确定纤维体积率是否符合要求。

本发明有哪些有益效果

现存大部分混凝土细观建模技术仅仅只有模型的建立，未进行网格划分，无法进一步进行有限元分析，大部分有限元建模分析仅采用四面体网格划分，计算时间长，本发明专利采用建模网格一体化，并使用背景映射法对模型进行六面体网格划分，经模拟分析，同一模型计算时间，六面体网格比四面体网格计算时间缩短100倍，且模拟结果收敛性较好；并现有细观混凝土建模技术仅考虑骨料砂浆界面，未考虑混杂纤维的建模及网格划分方法。

附图说明

图1是本发明混杂纤维混凝土骨料有限元模型图；

图2是本发明混杂纤维混凝土纤维有限元模型图；

图3是本发明混杂纤维混凝土剖面有限元模型图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步阐述本发明方案，但本发明的保护范围并不限于所述内容。

实施例1

本发明通过使用Fortran语言联合ANSYS/LS-DYNA有限元软件进行模拟仿真得到的混杂纤维混凝土有限元模型如图1所示。

包括以下详细步骤：

步骤1：在Visual Studio软件中通过Fortran语言生成混杂纤维混凝土数值模型信息：利用Fortran语言在指定区域随机生成不同粒径范围的球体，由于骨料几何形状近似为球体，则可认为随机球体为骨料，在此基础上随机生成两种不同尺寸的线段，由于纤维的几何形状近似为线，则可认为随机线段为混杂纤维。具体过程如下：

步骤1.1：利用Fortran语言对骨料和纤维所需的相关参数设置进行声明。

其中，骨料的相关参数包括三组连续级配的骨料直径范围D1∈[dia1,dia2]、D2∈(dia2,dia3]、D3∈(dia3,dia4]，每组粒径范围的骨料累积体积为V1、V2、V3；骨料数组文件，即共生成骨料数量：D1范围内骨料数量为n1，D2范围内骨料数量为n2，D3范围内骨料数量为n3，骨料的直径R_骨料，骨料的球心坐标(X_骨料，Y_骨料，Z_骨料)；纤维的相关参数包括两种纤维的长度范围L1∈[len1,len2]、L2∈[len3,len4]，第一种纤维数量为n4，横截面积为S_截面积A，第二种纤维数量为n5，横截面积为S_截面积B。

步骤1.2：先在指定区域内随机投放骨料，除第一个生成的骨料外，后面每投放一个骨料均需与已生成骨料进行侵入判定，如均不侵入，则生成该骨料并计算体积率，否则删除该骨料并重新投放骨料进行侵入判定，直至已生成骨料累积体积率达到设定值。

a)随机投放骨料的方法如下：

根据蒙特卡洛原理,声明一个随机数n，其值为0-1,通过随机数来控制随机生成骨料的直径参数：

R_骨料＝dia1+(dia2-dia1)·n

根据骨料和容器的尺寸参数，随机生成骨料中心的坐标(X_骨料，Y_骨料，Z_骨料)。

b)其中，骨料与骨料间是否产生侵入现象的判断方法如下：

建立的三维混凝土细观模型内部已生成的骨料球心坐标与正在判定的骨料球心坐标之间的距离大于两骨料半径之和，则判定为不相交，否则判定为相交，即按照下式判断骨料颗粒是否侵入：

骨料体积率计算方法：

步骤1.3：在指定区域内随机投放混杂纤维，并对纤维进行侵入判定，如均不侵入，则生成该纤维。

a)随机投放纤维的方法如下：

首先使用rand函数rand(n₁+n₂,1),其代表生成n1+n2个在0到1之间的随机数，随后确定A₁，A₂点在笛卡尔坐标系中的三个坐标：

随机生成第一种纤维每根纤维第一端点A₁点的x坐标：

X_A1＝L₁+rand(n1+n2,1)·(a-2L₁)

随机生成第一种纤维每根纤维第一端点A₁点的y坐标：

Y_A1＝L₁+rand(n1+n2,1)·(b-2L₁)

随机生成第一种纤维每根纤维第一端点A₁点的z坐标：

Z_A1＝L₁+rand(n1+n2,1)·(c-2L₁)

随机生成第二种纤维每根纤维第一端点A₂点的x坐标：

X_A2＝L₂+rand(n1+n2,1)·(a-2L₂)

随机生成第二种纤维每根纤维第一端点A₂点的x坐标：

Y_A2＝L₂+rand(n1+n2,1)·(b-2L₂)

随机生成第二种纤维每根纤维第一端点A₂点的z坐标：

Z_A2＝L₂+rand(n1+n2,1)·(c-2L₂)

基于蒙特-卡洛法随机生成每根纤维的第二端点B点和中点C点，最终完成混杂纤维数学建模，过程如下：

提取蒙特-卡洛循环中第一根纤维，并随机选取其与x轴夹角θ_x:

θ_x＝rand(1)·2π

其与y轴夹角为θ_y:

θ_y＝rand(1)·2π

其与z轴夹角为θ_z:

θ_z＝rand(1)·2π

从而，纤维第二端点B₁点的坐标便可得到，B₁点的x，y，z坐标的值分别为：

X_B1＝X_A1+L₁·cos(θ_x)

Y_B1＝Y_A1+L₁·cos(θ_y)

Z_B1＝Z_A1+L₁·cos(θ_z)

该纤维的中点C点坐标也可以得到，C点x,y,z坐标值分别为：

X_C1＝X_A1+L₁·cos(θ_x)/2

Y_C1＝Y_A1+L₁·cos(θ_y)/2

Z_C1＝Z_A1+L₁·cos(θz)/2

(b)纤维投放后需进行侵入判定，判定内容包括骨料与纤维，纤维与纤维之间的侵入判定，过程如下：

第一根生成的纤维只需要完成纤维与骨料之间的一次侵入判定，后续生成的每根纤维都需要完成纤维与骨料、纤维与纤维之间的二次侵入判定。如均不侵入，则生成该纤维并计算体积率，否则删除该纤维并重新生成纤维进行侵入判定，直至已生成纤维累积体积率达到设定值；第二种纤维的生成方法与第一种纤维的生成方法一致，不同之处仅在于第一根生成的纤维也需要完成纤维与骨料、纤维与纤维之间的二次侵入判定。

其中，骨料与纤维侵入判定只需要判定纤维与骨料球心的最短距离大于或等于骨料半径，即判断两端点以及中点与骨料球心之间的距离，判定过程如下:

取骨料球心坐标(X_骨料i,Y_骨料i,Z_骨料i),球心与纤维第一端点距离：

球心与纤维第二端点距离：

球心与纤维中点距离：

纤维与纤维侵入判定只需要判定线纤维向量乘积不为0，判定过程如下：

取第一种纤维坐标两端点A₁(X_A1,Y_A1,Z_A1)，B₁(X_B1,Y_B1,Z_B1)

取第二种纤维坐标两端点A₂(X_A2,Y_A2,Z_A2)，B₁(X_B2,Y_B2,Z_B2)

纤维体积率计算方法：

V4＝S_截面积A×L1₍₁₎+S_截面积A×L1₍₂₎+…+S_截面积A×L1_(n4)

V5＝S_截面积B×L1₍₁₎+S_截面积B×L1₍₂₎+…+S_截面积B×L1_(n5)

纤维体积率：

步骤1.4：导出包含所有骨料直径R_骨料和骨料的球心坐标(X_骨料，Y_骨料，Z_骨料)的数组文件，命名为dat1，导出包含所有纤维的起始点坐标(X_{纤维1-start}、Y_{纤维1-start}、Z_{纤维1-start})和终止点坐标X_纤维1-end、Y_纤维1-end、Z_纤维1-end)的数组文件，命名为dat2。

步骤2：将骨料的圆心坐标、半径及线纤维坐标输出后，采用Fortran编程对细观组分单元进行识别，将纤维混凝土细观模型直接投影至容器的均质有限元模型中。

其中，容器的均质有限元模型可通过ANSYS/LS-DYNA或者HyperMesh等有限元软件生成，并将容器的均质有限元模型以k文件形式导出。

采用Fortran编程对细观组分单元进行识别，识别方法如下：

步骤2.1：在Visual Studio软件中采用Fortran语言对骨料坐标文件格式及均质有限元模型的k文件进行识别定义；识别定义的内容主要为：①不同直径的骨料数量n1、n2、n3，骨料直径和骨料中心坐标的数组格式；②均质有限元模型的k文件的单元总数量E，节点总数量N，k文件单元和节点的数组格式。

步骤2.2：计算出所有单元的中心坐标(XE，YE，ZE)，判断其到第一个骨料中心(X骨料1，Y骨料1，Z骨料1)的距离，如距离小于第一个骨料的半径D1，则将该单元判定为骨料+界面组Part_1，否则为砂浆组Part_2；然后按照上述方法判断其到第二个骨料中心(X骨料2，Y骨料2，Z骨料2)的距离，以此类推，直至历遍所有骨料。

步骤2.3：重复b中的操作，计算出所有单元的中心坐标(X_E，Y_E，Z_E)，判断其到第一个骨料中心(X_骨料1，Y_骨料1，Z_骨料1)的距离，如距离小于第一个骨料的半径D1-界面厚度T，则将该单元判定为骨料组Part_3，则Part_1只剩下界面，即为界面组；自此，完成了不同细观组分单元的识别，生成了界面(Part_1)、砂浆(Part_2)及骨料(Part_3)的有限元模型。

步骤2.4：在ANSYS/LS-DYNA中读取所有纤维的起始点坐标(X_{纤维1-start}、Y_{纤维1-start}、Z_{纤维1-start})和终止点坐标X_纤维1-end、Y_纤维1-end、Z_纤维1-end)，采用link161单元建立纤维的有限元模型，第一种纤维为Part_4，第二种纤维为Part_5。

Claims (8)

1.一种混杂纤维的混凝土细观有限元模型的建立方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：混杂纤维混凝土基体以圆柱体为例，确定圆柱形混杂纤维混凝土基体的尺寸，圆柱体截面半径为R_基体，圆柱形混凝土高度为h，则混凝土基体的体积为：

V_基体＝π·R_基体 ²·h

首先求出三种骨料体积：V1、V2、V3：随后求得两种纤维单根纤维体积：V4、V5；

S2：完成骨料和纤维所需的相关参数设置，先在指定区域内随机生成骨料，除第一个生成的骨料外，后面每生成一个骨料均需与已生成骨料进行侵入判定，如均不侵入，则生成该骨料并计算体积率，否则删除该骨料并重新生成骨料进行侵入判定，直至已生成骨料累积体积率达到设定值；

骨料体积率计算公式如下：

S3：确定每根纤维第一端点A点的坐标，过程如下：

首先使用rand函数rand(n₁+n₂，1)，其代表生成n1+n2个在0到1之间的随机数，随后确定A₁、A₂点在笛卡尔坐标系中的三个坐标：

随机生成第一种纤维每根纤维第一端点A₁点的x坐标：

X_A1＝L₁+rand(n1+n2，1)·(a-2L₁)

随机生成第一种纤维每根纤维第一端点A₁点的y坐标：

Y_A1＝L₁+rand(n1+n2，1)·(b-2L₁)

随机生成第一种纤维每根纤维第一端点A₁点的z坐标：

随机生成第二种纤维每根纤维第一端点A₂点的x坐标：

X_A2＝L₂+rand(n1+n2，1)·(a-2L₂)

随机生成第二种纤维每根纤维第一端点A₂点的y坐标：

Y_A2＝L₂+rand(n1+n2，1)·(b-2L₂)

随机生成第二种纤维每根纤维第一端点A₂点的z坐标：

Z_A2＝L₂+rand(n1+n2，1)·(c-2L₂)

基于蒙特-卡洛法随机生成每根纤维的第二端点B点和终点C点，最终完成混杂数学建模，过程如下：

提取蒙特-卡洛循环中第一根纤维，并随机选取其与x轴夹角θ_x：

θ_x＝rand(1)·2π

其与y轴夹角为θ_y：

θ_y＝rand(1)·2π

其与z轴夹角为θ_z：

θ_z＝rand(1)·2π

从而，纤维第二端点B1点的坐标便可得到，B1点的x，y，z坐标的值分别为：

X_B1＝X_A1+L₁·cos(θx)

Y_B1＝Y_A1+L₁cos(θ_y)

Z_B1＝Z_A1+L₁·cos(θ_z)

该纤维的中点C点坐标也可以得到，C点x，y，z坐标值分别为：

X_C1＝X_A1+L₁·cos(θ_x)/2

Y_C1＝Y_A1+L₁cos(θ_y)/2

Z_C1＝Z_A1+L₁·cos(θ_z)/2

S4：在指定区域内生成第一种纤维，第一根纤维只需要与已有骨料进行侵入判定，后续每生成一个纤维均需与已生成骨料和已生成纤维进行侵入判定，如均不侵入，则生成该纤维并计算体积率，否则删除该纤维并重新生成纤维进行侵入判定，直至已生成纤维累积体积率达到设置值，第二种纤维的生成方式与第一种纤维的生成方式一致；

纤维体积率计算公式如下：

S5：将骨料的圆心坐标、半径及线纤维坐标输出后，采用Fortran编程对细观组分单元进行识别，将纤维混凝土细观模型直接投影至容器的均质有限元模型中；完成混杂纤维混凝土细观有限元模型的建立。

2.根据权利要求1所述混杂纤维的混凝土细观有限元模型的建立方法，其特征在于：在步骤S1中：

三种骨料体积，骨料体积计算方法：

V1、V2、V3分别指第一种骨料的体积、第二种骨料的体积、第三种骨料的体积，D1、D2、D3分别三种骨料的直径参数，n1，n2,n3分别为三种骨料的数量；两种纤维单根纤维体积计算如下：

V4＝S_截面积A×L₁+S_截面积A×L₁+…+S_截面积A×L₁

V5＝S_截面积B×L₂+S_截面积B×L₂+…+S_截面积B×L₂

V4为第一种纤维的体积，V5第二种纤维的体积；L₁、L₂分别为两种纤维的长度。

3.根据权利要求1所述混杂纤维的混凝土细观有限元模型的建立方法，其特征在于：步骤S2中：

骨料的相关参数包括三组连续级配的骨料直径范围D1∈[dia1,dia2]、D2∈[dia2,dia3]、D3∈[dia3,dia4]，每组粒径范围的骨料累积体积为V1、V2、V3；骨料数组文件，即共生成骨料数量：D1范围内骨料数量为n1，D2范围内骨料数量为n2，D3范围内骨料数量为n3，骨料的直径R_骨料，骨料的球心坐标(X_骨料，Y_骨料，Z_骨料)；

纤维的相关参数包括两种纤维的长度范围L1∈[len1,len2]、L2∈[len3,len4]，第一种纤维数量为n4，横截面积为S_截面积A，第二种纤维数量为n5，横截面积为S_截面积B。

4.根据权利要求1所述混杂纤维的混凝土细观有限元模型的建立方法，其特征在于：步骤S2中：骨料与骨料间是否产生侵入现象的判断方法如下：

建立的三维混凝土细观模型内部第一骨料球心坐标与判定的第二骨料的球心坐标之间的距离大于等于骨料最大半径之和，则判定为不相交，否则判定为相交，即按照下式判断骨料颗粒是否侵入：

(X_骨料i、Y_骨料i、Z_骨料i)为第一骨料球心坐标，(X_骨料n、Y_骨料n、Z_骨料n)为第二骨料球心坐标。

5.根据权利要求1所述混杂纤维的混凝土细观有限元模型的建立方法，其特征在于：在步骤S4中，骨料与纤维是否产生侵入现象的判断方法如下：

骨料与纤维侵入判定只需要判定纤维与骨料球心的最短距离大于或等于骨料半径，即判断两端点以及中点与骨料球心之间的距离，判定过程如下:

取骨料球心坐标(X_骨料i,Y_骨料i,Z_骨料i)球心与纤维第一端点距离：

球心与纤维第二端点距离：

球心与纤维中点距离：

(X_A1，Y_A1，Z_A1)为第一端点坐标，(X_B1，Y_B1，Z_B1)为第一端点坐标，(X_C1，Y_C1，Z_C1)为纤维中点坐标。

6.根据权利要求1所述混杂纤维的混凝土细观有限元模型的建立方法，其特征在于：在步骤S4中，纤维与纤维是否产生侵入现象的判断方法如下：只需要判定线纤维向量乘积不为0，判定过程如下：

取第一种纤维坐标两端点A₁(X_A1,Y_A1,Z_A1)，B₁(X_B1,Y_B1,Z_B1)

取第二种纤维坐标两端点A₂(X_A2,Y_A2,Z_A2)，B₁(X_B2,Y_B2,Z_B2)

7.根据权利要求1所述混杂纤维的混凝土细观有限元模型的建立方法，其特征在于：在步骤S4中：容器的均质有限元模型可通过ANSYS/APDL或者HyperMesh等有限元软件生成，并将容器的均质有限元模型以k文件形式导出。

8.根据权利要求1所述混杂纤维的混凝土细观有限元模型的建立方法，其特征在于：采用Fortran编程对细观组分单元进行识别，识别方法如下：

a.在Visual Studio软件中采用Fortran语言对骨料坐标文件格式及均质有限元模型的k文件进行识别定义；识别定义的内容主要为：①不同直径的骨料数量n1、n2、n3，骨料直径和骨料中心坐标的数组格式；②均质有限元模型的k文件的单元总数量E，节点总数量N，k文件单元和节点的数组格式；

b.计算出所有单元的中心坐标(X_E，Y_E，Z_E)，判断其到第一个骨料中心(X_骨料1，Y_骨料1，Z_骨料1)的距离，如距离小于第一个骨料的半径D1，则将该单元判定为骨料+界面组Part_1，否则为砂浆组Part_2；然后按照上述方法判断其到第二个骨料中心(X_骨料2，Y_骨料2，Z_骨料2)的距离，以此类推，直至历遍所有骨料；

c.重复b中的操作，计算出所有单元的中心坐标(X_E，Y_E，Z_E)，判断其到第一个骨料中心(X_骨料1，Y_骨料1，Z_骨料1)的距离，如距离小于第一个骨料的半径D1-界面厚度T，则将该单元判定为骨料组Part_3，则Part_1只剩下界面，即为界面组；自此，完成了不同细观组分单元的识别，生成了界面(Part_1)、砂浆(Part_2)及骨料(Part_3)的有限元模型；

d.在ANSYS/APDL中读取所有纤维的起始点坐标(X_{纤维1-start}、Y_{纤维1-start}、Z_{纤维1-start})和终止点坐标X_纤维1-end、Y_纤维1-end、Z_纤维1-end)，采用link161单元建立纤维的有限元模型，第一种纤维为Part_4，第二种纤维为Part_5。