Создание виртуальной модели структуры бетона

Сегодня применение программного обеспечения позволяет разрабатывать структуры различной степени сложности. Создавая новые бетонные смеси с заданными характеристиками посредством компьютерного моделирования можно получить универсальное описание молекулярного состава и свойств будущего строительного материала, а также рекомендации по приготовлению в бетоносмесителях. Например в сферической модели структуры беотона, распределение элементов по ограниченному объёму заданной структуры происходит не мгновенно, а протекает во времени, а каждому элементу соответствует определённый момент времени. Соответственно процесс насыщения модели геометрическими элементами происходит следующим образом: случайно определяется местоположение и геометрические характеристики элемента в структуре модели; если частица не пересекается с поверхностью других частиц-сфер, ранее расставленных в объёме, и не пересекается с границами поверхности самой модели, то за элементом закрепляется данное местоположение. Если же предыдущие условия не выполняются, то геометрический элемент не помещается в данную точку, а алгоритм начинает просчёт нового местоположения и так до тех пор, пока весь объём модели не будет равномерно заполнен сферическими элементами разного размера. Для удобства моделирования сферическая модель структуры композитного материала помещается в некий контейнер конечного объёма. Обычно используется куб, ограниченный плоскостями, параллельными декартовой системе координат и ориентированный таким образом, чтобы одна из вершин куба размещалась в точке начала координат, а сам куб располагался в первой октанте декартовых координат. За единицу измерения принимают доли длины ребра куба.

 

Так виртуальная модель не зависит от линейных и других измерений. Она становится полностью универсальной и может использоваться в самых различных случаях, так как все структурные характеристики в данном случае зависят только от размера самого куба. Самым главным условием построения модели структуры композиционного материала является случайное положение координат распределяемых геометрических элементов, которые размещаются по всему конечному объёму модели. Для данных целей подходят специальные программы генерирования случайных чисел с заданным законом распределения. При этом на основе статистических исследований для распределения диаметров сфер в объеме модели лучше всего подходит закон распределения Вейбула. Он наиболее точно описывает характер распределения гранулометрического состава в реальных смесях, чем постоянно используемый экспоненциальный закон распределения. Тем самым, используя математические расчёты виртуальных моделей потенциальных бетонным смесей, уже на стадии проектирования можно ознакомиться с будущими свойствами продукта, проанализировать их. В случае получения неудовлетворительных результатов, просчитать новые вводные данные, не затрачивая при этом реальные производственные мощности бетонных заводов и смесительных установок. Это является наиболее экономичным, универсальным способом усовершенствования существующих бетонных смесей, а также создания новых марок с заранее известными полезными свойствами.