[發明專利]用于形成包含堆積在任意形狀的體積中的多分散球形顆粒的計算機化模型的方法和系統

有效

• 申請號: 201310081855.7
• 申請日: 2013-03-14
• 公開（公告）號: CN103377307B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 韓志東
• 申請（專利權）人: 利弗莫爾軟件技術公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司44223
• 代理人: 江耀純

技術領域

本發明通常涉及一種在用于產品的數值模型的計算機輔助的工程分析中的計算機化模型的形成，更具體地說，涉及一種用于形成代表堆積在任意形狀的體積中的多分散球形顆粒的計算機化模型的方法和系統。

背景技術

許多現代工程分析在計算機系統的協助下執行。這種計算機輔助的工程（CAE）分析中的一種被稱作離散單元法（DEM），其通常用于從數值上模擬大量的顆粒的運動。隨著用于最近鄰域分類的計算能力和數值算法的進步，從數值上模擬數以萬計的顆粒成為可能。如今，DEM作為一種解決在粒狀和非連續材料中的工程問題的有效方法被廣泛地接受，特別是在顆粒流、粉粒體力學和巖石力學中。

由于DEM需要大量的顆粒，因而最初的計算機化模型的有效形成對于模擬的成功而言是至關重要的。否則，將需要不可行量的時間以生成這種模型。用于形成這種計算機化模型的現有技術方法基于具有缺陷的方法。例如，幾何法缺乏堆積密度、沉降法需要先驗的沉降方向（對于任意形狀的體積，不存在沉降方向），而動力法（與分子動力學類似）由于大量的計算需求，又是非常緩慢的。

因而，需要獲得一種用于有力且有效地形成包含堆積在任意形狀的體積中的多分散球形顆粒的計算機化模型的方法和系統。

發明內容

公開了一種用于形成包含堆積在任意形狀的體積中的多分散球形顆粒的 計算機化模型的方法和系統，根據本發明的一個方面，在計算機系統中獲得任意形狀的體積的定義（例如，以代表該體積的邊界的多邊形的形式）、該多分散顆粒的特征輪廓（例如，最大和最小尺寸和分布），以及期望的堆積要求。

接著，通過使用多個多分散球形顆粒，形成計算機化模型，該多分散球形顆粒根據特征輪廓而生成以使得該多分散球形顆粒具有在特征輪廓中限定的統計特性。

顆粒的第一部分被用于形成布置到該多邊形上的、在該體積的邊界之內的邊界層。在該邊界層中，任何的孔或空間通過一個或更多空尺寸的顆粒“密封”。在該邊界層已經形成并密封后，顆粒的第二部分被用于填充在層-到-層設計中被邊界層從該邊界層上向內地被包圍的內部空間。該層-到-層設計包括從備選位置的列表中搜索最適合位置。該備選位置的列表通過三維功率圖識別并通過備選位置的各個尺寸被分級。當可能時，顆粒的第二部中的每一個被允許朝著邊界層穿過在當前層中的孔或空間。

根據另一方面，代表體積的邊界的多邊形中的每一個被構造為具有用于指示該體積的內側的方向性的特性。

根據另一方面，邊界層的形成通過將生成的顆粒放置為靠近每個多邊形的頂點、沿著每個多邊形的邊緣，以及被已經放置好的顆粒約束的內部空間而被執行。

本發明的目標、特征和優點將通過審閱下文中結合附圖進行的對其實施方式的詳細描述而變得顯而易見。

附圖說明

本發明的這些和其他特征、方面和優點將通過下文的說明、附加權利要求以及附圖而被更好地理解，附圖中：

圖1為示出根據本發明的實施方式的形成包含堆積在任意形狀的體積中的多個多分散球形顆粒的計算機化模型的示意性過程的流程圖；

圖2A-2B為示出根據本發明的一個實施方式的多種示意性任意形狀的體積的示圖；

圖2C為示出根據本發明的一個實施方式的另一示意性體積的截面的示圖；

圖2D為示出根據本發明的一個實施方式的包括內部孔的另一示意性體積的截面的示圖；

圖3A為示出根據本發明的一個實施方式的多分散球形顆粒的第一示意性特征輪廓的二維示圖；

圖3B為示出根據本發明的一個實施方式的多分散球形顆粒的第二示意性特征輪廓的二維示圖；

圖4為示出根據本發明的一個實施方式的示意性的一系列隨機生成的多分散球形顆粒的示圖；

圖5A為示出根據本發明的實施方式的代表任意形狀的體積的邊界的一個部分的示意性的多邊形的示圖；

圖5B為示出根據本發明的實施方式的具有內部孔的示意性的體積的截面的示圖；

圖6A-6D為示出根據本發明的實施方式的將多分散球形顆粒放置到代表任意形狀的體積的邊界的一個部的多邊形上的示意性的順序的一系列示圖；

圖7為示出根據本發明的一個實施方式的示意性邊界層的一角的三維示圖；

圖8為示出根據本發明的實施方式的使用功率圖識別的示意性的備選位置的示圖；

圖9為示出根據本發明的實施方式的具有允許球形顆粒通過的孔的多分散球形顆粒的示意性的定向的示圖；

圖10A和10B為示出根據本發明的實施方式的使用功率圖進行的示意性的搜索和放置的示圖；