一种考虑粗骨料分布的混凝土流动数值模拟方法

本发明属于混凝土流动的数值模拟方法研究，具体涉及一种基于流体动力学和离散单元法的考虑粗骨料分布的混凝土流动的模拟方法。

背景技术：

1、混凝土是现代建筑行业使用最广泛的建筑材料之一，硬化混凝土的强度和耐久性等与新拌混凝土的流变性能密切相关。随着计算机技术的发展，数值模拟成为了一种研究新拌混凝土流变性能的有力工具。和实验研究相比，它有着成本低廉，人工劳动强度低等特点，并且还能够提供一些实验中无法观测的结果，并揭示混凝土流动过程中的诸多现象。

2、目前，有很多模拟方法都是假定混凝土是一种均匀物质，将它作为一个整体来研究。但是在混凝土流动过程中，由于黏聚性差，钢筋阻碍等作用，可能会出现粗骨料离析，甚至会引起泵送堵塞。这将会影响施工进度，增加施工成本，降低硬化混凝土强度等。发生离析后的混凝土流变性能发生了变化，在模拟中考虑这种变化才能正确预测混凝土的流动行为，为混凝土的机械化施工和其硬化后的质量提供保障。

3、本发明提供一种基于流体动力学和离散单元法考虑粗骨料分布的新拌混凝土流动的数值模拟方法。已有的数值模拟研究中，没有考虑流动过程中混凝土离析的影响。所以开发一种考虑粗骨料分布的数值模拟方法来正确预测混凝土的流动是势在必行的。

技术实现思路

1、为了达到上述目的，本发明提供一种基于cfd-dem的考虑粗骨料分布的新拌混凝土流动数值模拟方法。

2、本发明专利采用的技术方案是：一种考虑粗骨料分布的新拌混凝土流动数值模拟方法。其特征在于，包括如下步骤：

3、(1)分别采用fluent流体和dem颗粒表示砂浆和粗骨料；

4、(2)将混凝土流动区域划分，计算每个区域中粗骨料质量；

5、(3)根据每个区域中粗骨料质量，重新计算其宾汉姆常数并在模拟中实时更新；

6、(4)计算混凝土的流动过程；

7、(5)重复步骤(3)、(4)直至设定的模拟时间。

8、上述的一种考虑粗骨料分布的新拌混凝土流动数值模拟方法，其特征在于，采用宾汉姆模型作为混凝土的本构模型，线弹性接触模型作为粗骨料之间的接触模型。

9、上述的一种考虑粗骨料分布的新拌混凝土流动数值模拟方法，其特征在于，步骤(1)中所述的混凝土的宾汉姆参数可以通过以下两个公式计算

10、

11、其中，τ0′为屈服强度，η0′为塑性粘度，τi，ηi为混凝土的屈服强度与塑性粘度，k是与粗骨料和水泥含量等有关的常数，是粗骨料含量的体积分数。

12、上述的一种考虑粗骨料分布的新拌混凝土流动数值模拟方法，其特征在于，步骤(2)中所述的区域划分是通过程序来实现的，区域大小可以根据需要来设定。

13、上述的一种考虑粗骨料分布的新拌混凝土流动数值模拟方法，其特征在于采用两相流来表示混凝土，可以很方便的表现混凝土流体和颗粒的性质，也能考虑混凝土流动过程中粗骨料分布对其流变性能的影响。

技术特征：

1.一种考虑粗骨料分布的混凝土流动数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种考虑粗骨料分布的混凝土流动数值模拟方法，其特征在于，采用宾汉姆模型作为混凝土的本构模型，线弹性接触模型作为粗骨料之间的接触模型。

3.根据权利要求1所述的一种考虑粗骨料分布的混凝土流动数值模拟方法，其特征在于，步骤(1)中所述的混凝土的宾汉姆参数可以通过以下两个公式计算

4.据权利要求1所述的一种考虑粗骨料分布的混凝土流动数值模拟方法，其特征在于，步骤(2)中所述的区域划分是通过程序来实现的，区域大小可以根据需要来设定。

5.根据权利要求1所述的一种考虑粗骨料分布的混凝土流动数值模拟方法，其特征在于采用两相流来表示混凝土，可以很方便的表现混凝土流体和颗粒的性质，也能考虑混凝土流动过程中粗骨料分布对其流变性能的影响。

技术总结本发明设计一种基于CFD‑DEM的考虑粗骨料分布的混凝土流动数值模拟方法，主要用于新拌混凝土性能的研究。首先，将混凝土分为砂浆和粗骨料两相，分别用FLUENT流体和DEM颗粒来表示。其中，选用宾汉姆模型作为混凝土的本构模型，采用线弹性接触模型描述粗骨料之间的相互作用。然后，将混凝土的流动区域划分，计算每个区域的粗骨料和砂浆质量，最后，根据每个区域粗骨料的质量重新计算他们的宾汉姆常数(屈服强度和塑性粘度)并在模拟中实时更新。本发明考虑了流动过程中粗骨料分布对混凝土流变性能的影响，有利于研究混凝土离析机理，为提高新拌混凝土工作性能提供保障。技术研发人员：曹国栋,蒋文涛,姜胜强,邓代强受保护的技术使用者：湘潭大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29