对自密实钢纤维混凝土浇筑过程中纤维运动的数值模拟

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近年来,纤维混凝土构件以其优异的力学性能被广泛应用于越来越多的工程领域,而纤维混凝土构件的受力性能与其内部纤维的分布形态有着直接的联系,因此研究纤维在混凝土构件中的分布形态具有重要意义。对于自密实纤维混凝土来说,由于其良好的流动性和免振捣等特点,其浇筑过程将直接影响纤维最终的分布形态。仅利用现有软件难以真实有效模拟这类运动,更难以得到足够多与实验对比的数据。本文通过MATLAB自编程序调用ANSYS CFX中的流体计算模块及拉格朗日粒子追踪(Lagrangian Particle Tracking)功能,提出了一种新的用以模拟自密实钢纤维混凝土浇筑过程中纤维运动的数值模拟分析方法。本文将单根钢纤维简化为两个距离固定(为纤维长度)的球形粒子,用ANSYS CFX软件模拟粒子在整个浇筑过程中的运动,MATLAB自编程序控制粒子之间的固定配对并保证每对粒子在计算过程中保持相对距离不变。以一个自密实钢纤维混凝土浇筑实验为对比,通过数值模拟浇筑了一根1200mm×150mm×150mm的梁来验证计算的精确性。通过对模拟结果与实验结果进行对比,验证了模拟方法的有效性。新方法可用于模拟各种掺量刚性纤维自密实混凝土的浇筑流动过程,分析纤维在整个流动过程中的运动,具有良好的适用性及工程应用价值,并便于进行变参数分析。以上述梁模型为参照对象,通过将混凝土浇筑口位置由梁的一端向梁中部移动探究浇筑位置变化对梁构件内钢纤维分布形态的影响;另外通过将混凝土浇筑速度由0.25m/s向0.65m/s变化探究浇筑速度的变化对梁构件内钢纤维分布形态的影响。最后总结了构件内纤维分布及取向状态随这两个参数变化的规律,并为实际工程、实验及后续模拟分析提出一些有意义的借鉴。
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