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用离散单元法模拟新浇混凝土的行为——推导屈服应力相关模态参数摘要：本文介绍了一种基于离散单元法（DEM）的数值分析方法，以此方法模拟新浇混凝土的不同工作阶段。首先，呈现了新浇混凝土的流变模型及其在DEM中的实现过程。然后重点转向如何建立一种算法，以根据Bingham模型导出与屈服应力的相关参数然。对于在坍落流动试验开始时的应力分布分析预测可用作参考相应的数值分析。对于这种在坍落流动试验开始应力分布的分析预测用作参考相应的数值分析。为了验证，我们将混凝土滤饼的最终形状的解析和数值预测进行比较。验证结果显示了三个不同的屈服应力参考值，此外，数值分析结果和所谓的PCPC-盒试验分析结果都被用于对同一系列的参数进行评估。对于所有的参数组合，数值分析结果与解析解决方案给出的预测都很吻合。因此，该算法也被认为能建立模拟混凝土的屈服应力和粘结强度之间的完善关系，而这也是Bingham模型的主要参数。1.引言当代混凝土施工的诸多问题都是由模板搭建不当、脱气不充分、离析等引起。为了高效地建造高品质的混凝土结构，新浇混凝土的流变性能应当与结构的几何尺寸，运输、置放及压实方法相对应。新浇混凝土的行为及工作过程的计算机模拟是一种优化混凝土建筑的有效工具，通过计算机模拟也可以实现新混凝土技术的开发。出于特殊的目的，混凝土的拌合过程可以通过连续介质力学、流体动力学和离析模型进行模拟。RILEM技术委员会经过全面审查在一篇名为“State-of-the-Art”的报告中提出了各种模拟新浇混凝土流动行为的方法。基于连续介质力学和流体动力学的模型具有唯象特性：混凝土通常被认为是均匀介质。连续介质力学考虑固体因机械加载而变形，适用于混凝土稠度较高的情况。流体动力学模型可以有效地研究稠度范围变化较大时新浇混凝土的不同流动形式，但当混凝土处于可流动状态时的分析结果最佳，如单相流模型。这种方法的显著优势在于可以模拟大体积混凝土，见备注2。然后，很多情况下单相流方法的模拟是不合适的，因为很多发生在混凝土工作过程中的现象是由其不均匀性引起的，而要了解这种不均匀性就必须充分了解混凝土的细观结构，这是目前不能通过模拟实现的。DEM提供了一个可以分别展现混凝土拌合的整体过程和各组分运动过程的方法。混凝土是由大量的颗粒通过一定规律连接在一起而形成的。因此，混凝土技术的拌合、压实、脱气、沉降等过程，以及纤维分布、排列规律等现象是可以通过DEM进行分析并用于解决施工中遇到的各种实际问题的。Mechtcherine等人就运用DEM对新浇混凝土流变行为进行模拟给出了很好的陈述。本文仅进行了简要的归纳和总结。Noor，Petersson，Puri和Uomoto用DEM对自密实混凝土的砂浆和粗骨料两组颗粒之间的相互影响进行了模拟。Kuch和Schwabe用DEM进行了混凝土拌合过程的模拟，并指出由于DEM模拟可以从各个方面对混凝土技术提供更具洞察的信息，因此DEM可以优化混凝土结构的建造和设计过程。Gram和Silfwerbrand使用粒子法模拟了自密实混凝土的骨料颗粒在J-Ring试验中的行为，这些呈层状排列每个微粒代表一个球形的骨料晶粒，晶粒之间的接触用Bingham模型进行限制。此模拟表明该数值模型可以正确地描述SCC在实验中的流变行为。此外，有作者以前的文献[13,14]表明，DEM为混凝土在工作期间的行为模拟提供了一个良好的基础。该模拟的得到的结果较为完善，显示的重要信息都与试验观察的数据相吻合。在以上引用的文献[7-14]中都用到了球状颗粒模型，这为了达到理想的效果而做的适当近似。然而，最近Stroeve和He等人提出了不规则的复杂形状骨料的建模过程。Tattersall、Banfill和Wallevik认为Bingham模型可以由屈服应力τ0和塑性粘度η准确地描述剪切应变速率与剪切应力之间的关系。当使用单相流模拟混凝土的流变性为时，Bingham模型的参数可以直接输入软件中，见例3。用DEM模拟的困难在于模态参数不是常数并且不能直接从实验中得到，这个问题知道现在也没有合理的解决方案。本文的主要目的是建立起模拟混凝土的屈服应力与对混凝土工作过程进行定量分析的模态参数之间的关系。在提出了为模拟新浇混凝土而建立的DEM模型之后，又介绍了分析预测混凝土坍落度或者坍落扩展度的测试方法。然后建立了试验开始前分析预测的应力分布与DEM模型的粘结强度参数之间的关系。通过混凝土饼的最终形状的预测分析结果对DEM模型的数值预测结果进行了验证。最后，用同一系列的参数进行了LCPC-盒的数值模拟试验。由这些模拟得到的结果与相应的解析解相比较也证明了Bingham模型的屈服应力与DEM粘结强度参数之间的关系。2.离散单元法离散单元法被广泛的用于土力学，疏松材料或构件的模拟以及需要考虑微粒的运动问题、离散