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混凝土是由骨料、水泥砂浆、孔隙及裂纹等组成的复合非均质材料，传统的宏观均质连续的力学模型及相应的理论分析和数值模拟都忽略了材料的内部结构特征，从而难以真实描述材料细观成分的力学行为以及不同材料之间的相互作用。数字图像处理技术的发展为人们深入研究混凝土细观结构特征及其力学特性提供了一种新的手段。数字图像处理技术与有限元方法相结合，为研究混凝土材料的细观结构与宏观力学响应关系提供了又一有效途径。本文从细观层次入手，将混凝土看成由粗骨料、水泥砂浆和两者之间的粘结界面组成的三相复合材料，应用数字图像理论和MATLAB图像处理工具，针对二维混凝土的骨料边界提取进行了研究，并进行了细观层次的数值分析，主要取得了以下研究成果：（1）为解决图像处理中容易产生新的骨料边缘和边缘移动的问题，提出了一种基于灰度图像形态学重构和标记的分水岭分割新算法。该算法通过控制结构半径和高度阈值两个参数实现了骨料和砂浆区域的分割，提取的骨料边界与原图像吻合程度较好，且处理算法有很好的适用性。（2）编写了8邻域骨料边界跟踪算法，提取骨料边界坐标。同时，对骨料的主要特征参数进行了提取，可进一步用于真实骨料的几何特性研究。（3）基于MATLAB编程软件和统计学理论，随机生成了椭圆形骨料和多边形骨料。同时，引入了骨料面积级配来衡量骨料的含量与分布情况，针对不同的骨料模型进行参数对比分析。（4）实现了MATLAB、AUTOCAD和ABAQUS软件之间的数据交换，解决了混凝土试块由图像尺寸到实际尺寸的转换问题。（5）对该方法建立的混凝土力学模型进行了单轴受拉数值模拟，证实了该方法的有效性，可进一步用于混凝土变形破坏及细观力学分析。