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一种3D打印混凝土材料时变性能参数原位测定方法
发布时间:2025-08-24
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  1、随着建筑工程技术的不断发展,增材制造技术(即3d打印技术)在土木建筑领域的研究取得了显著进展,尤其是在混凝土材料的应用方面。3d打印混凝土技术通过逐层堆积材料的方式,实现了复杂几何结构的快速构建,并在减少施工时间、降低成本和材料消耗方面展现了巨大的潜力。然而,由于3d打印混凝土材料因外加剂作用在极短时间内凝结,具有显著的时变特性,且受复杂环境条件的影响,其力学性能的准确预测和表征依然面临巨大挑战。

  2、3d打印混凝土的本构模型是描述其力学行为的基础工具。材料的连续性和时变性特征使得在打印过程中实时获取并更新这些模型参数变得尤为重要。然而,现有技术主要依赖实验室条件下的材料测试,通常测试时间较长,测试时间内3d打印混凝土性能已经发生了较大的变化,难以准确捕捉到描述材料性能变化的时变参数。

  1、本发明目的在于克服现有技术的不足,提出了一种用于3d打印混凝土材料时变性能本构模型参数的测定方法,解决了现有技术中无法在打印过程中实时准确获取和更新材料性能参数的问题。本发明实现对材料参数的实时推断与更新,从而为后续的模型研究和结构设计提供可靠的数据支持。

  4、(s100)根据选定的时变本构模型确定待测参数,这些参数用于描述混凝土材料在时变过程中的关键力学性质;分别进入步骤s200、s300;

  5、(s200)为待测参数设定多组不同的取值,进行数值模拟,生成相应的结构变形结果;

  6、(s300)采用双目视觉监测系统,通过立体匹配与视差计算,实时获取3d打印过程中混凝土结构的三维几何数据,生成并传输三维点云数据,得到实际测量的变形数据;

  7、(s400)将s200数值模拟得到的结构变形结果与s300实际测量的变形数据进行对比,通过反分析推出时变性能参数;

  8、(s500)将反演得到的时变性能参数存储,并通过数据驱动的方式逐步提出和完善新的时变本构模型。

  11、本发明中使用的双目视觉监测系统,通过双目摄像设备在3d打印过程中实时捕捉并记录每层混凝土的三维几何形态。该系统利用立体匹配与视差计算技术生成高精度的三维点云数据,确保打印过程中的几何形态能够被精准记录。这些点云数据被用于后续的参数反演分析,以便实时监控和评估材料性能的变化。

  13、数值模拟工具使用先进的软件平台,根据设定的待测参数取值来计算结构的变形响应。该工具可以包括有限元或离散元等分析方法,以精确评估不同参数取值对结构性能的影响。通过数值模拟,能够在不同假设条件下预测混凝土结构的变形行为,

  15、参数反演分析方法通过将实际测得的三维点云数据与数值模拟结果进行对比,确定最符合实际条件的时变性能参数。该方法包括以下步骤:

  16、a.数据匹配与误差分析:首先将实际测量数据与数值模拟结果进行匹配,并分析二者之间的误差。

  17、b.迭代优化:根据误差分析结果,不断调整待测参数,通过多次模拟计算,逐步优化参数设定,直至模拟结果与实际数据高度吻合。

  18、c.结果验证:最终反演得到的参数经过验证后,作为后续结构设计与分析的可靠依据。

  20、本发明通过实时监测与数值模拟的结合,在打印过程中,原位准确测定混凝土材料的时变性能参数,突破了实验室条件限制,反映实际施工环境下混凝土材料性能的动态变化。

  21、本发明适用于各种复杂施工环境中的3d打印混凝土技术,特别是在极端条件下,如高温、高湿等环境中,能够提供准确的材料参数测定,满足工程实践中的多样化需求。

  1.一种3d打印混凝土材料时变性能参数原位测定方法,其特征在于,包含如下步骤:

  2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(s100)中根据不同的本构模型选择不同的待测参数,所述待测参数包括弹性模量、粘性系数、强度参数。888集团官网入口

  3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(s200)通过设定待测参数的多个不同取值,利用数值模拟工具生成相应的结构变形模式,并将结果用于反演分析。

  4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(s300)采用双目视觉监测系统获取的三维几何数据,通过立体匹配与视差计算生成高精度的三维点云数据,并实时更新打印过程中的材料变形信息。

  5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(s400)中,通过对比数值模拟结果与实际测量数据,采用迭代优化方法反推出最接近实际条件的时变性能参数。

  6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(s500)中,将反演得到的时变性能参数累积存储在系统数据库中,并通过数据分析和模型优化,逐步提出和完善新的时变本构模型。

  7.如权利要求3所述的方法,其特征在于,所述反演分析通过大规模数据积累和分析实现,以支持未来3d打印任务的优化和材料设计。

  8.如权利要求6所述的方法,其特征在于,所述模型优化通过大规模数据积累和分析实现,以支持未来3d打印任务的优化和材料设计。

  本发明提供了一种3D打印混凝土材料时变性能参数原位测定方法,利用数值模拟和机器视觉技术相结合的反演策略,无需传统材料试验即可推断混凝土的时变性能参数。该方法首先基于3D打印混凝土早龄期的本构模型,设定待测参数。随后,设置参数的不同取值来进行数值模拟,每组模拟产生相应的结构变形结果。然后,通过机器视觉技术获取实际3D打印过程中的变形数据,并将其作为参考标准。通过比对各组数值模拟的变形结果与实际测量数据,反推出最符合实际条件的时变性能参数。该方法在不干扰打印过程的前提下实现了混凝土时变材料参数的测定,不仅能够增强打印过程的监测,还为早龄期力学模型的验证与数据驱动的新本构模型提出奠定了基础。

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