[發(fā)明專(zhuān)利]基于角平分線(xiàn)的接觸搜索方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710461498.5
• 申請(qǐng)日: 2017-06-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107169239B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張國(guó)新;雷崢琦
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)水利水電科學(xué)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 11100 北京北新智誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 陳英

本發(fā)明公開(kāi)一種基于角平分線(xiàn)的接觸搜索方法，在現(xiàn)有接觸搜索方法的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步根據(jù)侵入角的角平分線(xiàn)與被侵入邊的位置關(guān)系進(jìn)行接觸判定，在塊體之間發(fā)生較大貫入的情況下，能夠正確的模擬塊體間的接觸關(guān)系，避免“漏判”和“錯(cuò)判”的錯(cuò)誤結(jié)果，提高判定結(jié)果的準(zhǔn)確性。對(duì)于巖體的各種復(fù)雜情況，利用本發(fā)明的方法進(jìn)行模擬，能夠得到較為準(zhǔn)確的判定結(jié)果，在巖體工程的可研、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行等階段提供科學(xué)準(zhǔn)確的理論指導(dǎo)與決策支持。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種DDA分析中塊體系統(tǒng)的接觸搜索方法，特別是涉及一種基于角平分線(xiàn)的接觸搜索方法，屬于巖土工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

以巖石為代表，自然界中存在著大量的非連續(xù)介質(zhì)，這些非連續(xù)介質(zhì)與人類(lèi)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)息息相關(guān)。基于非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的數(shù)值模擬方法可以有效的模擬非連續(xù)介質(zhì)在復(fù)雜載荷作用下的力學(xué)行為和變形特征，對(duì)工程的安全性和穩(wěn)定性進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，為工程設(shè)計(jì)和除險(xiǎn)加固提供重要依據(jù)，因此是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。

接觸模擬是非連續(xù)介質(zhì)數(shù)值模擬的重點(diǎn)和難點(diǎn)。其主要內(nèi)容包括：通過(guò)接觸搜索算法確定可能接觸的單元和可能的接觸形式；通過(guò)建立考慮接觸剛度的總體平衡方程求解接觸力；通過(guò)開(kāi)合迭代算法確定最終的接觸狀態(tài)。其中，接觸搜索是進(jìn)行接觸模擬的前提。在大變形條件下，對(duì)于幾何形狀復(fù)雜的接觸體，由于接觸體之間可能出現(xiàn)大滑移、大轉(zhuǎn)動(dòng)，在問(wèn)題解決之前難以預(yù)期各個(gè)接觸體之間的接觸關(guān)系。此時(shí)，如何準(zhǔn)確、有效的搜索出所有可能發(fā)生接觸的接觸體對(duì)后續(xù)的接觸模擬至關(guān)重要。

非連續(xù)變形分析(DDA：Discontinuous Deformation Analysis)方法是基于非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的數(shù)值方法，是研究包括巖體在內(nèi)的非連續(xù)介質(zhì)的有力工具。該方法自提出以來(lái)，已廣泛應(yīng)用于水利、土木、礦山、交通等領(lǐng)域，對(duì)巖體工程的穩(wěn)定分析和變形預(yù)測(cè)做出了重要貢獻(xiàn)，在工程的可研、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行等階段提供了持續(xù)的技術(shù)和決策支持。在原始的DDA方法中，石根華博士提出了一種高效的接觸搜索方法，包括以下三個(gè)步驟：首先，根據(jù)每個(gè)塊體所占有的最大矩形域進(jìn)行粗判，當(dāng)兩個(gè)塊體的最大矩形域不存在重疊時(shí)，認(rèn)為兩個(gè)塊體不可能接觸；然后，根據(jù)角與邊，角與角的距離進(jìn)行判定，即若兩個(gè)塊體根據(jù)粗判存在接觸的可能時(shí)，則對(duì)兩個(gè)塊體的角和邊進(jìn)行循環(huán)搜索，當(dāng)角與邊的距離小于給定的容差時(shí)，認(rèn)為角與邊有可能接觸，當(dāng)角與角的距離小于給定容差時(shí)，認(rèn)為角與角有可能接觸；最后，根據(jù)角度進(jìn)行判定，分析角和邊之間的各個(gè)夾角的關(guān)系，確定角和邊的接觸類(lèi)型，確定接觸角和進(jìn)入邊，剔除不可能接觸的情況。上述方法能夠搜索出所有滿(mǎn)足容差條件的可能的接觸，且所有的接觸都轉(zhuǎn)化為接觸角和進(jìn)入邊的“角——邊”關(guān)系。

上述接觸搜索方法中，根據(jù)距離搜索接觸體的具體描述為，根據(jù)接觸體的角與角、角與邊之間的距離判定接觸體是否有可能接觸，具體判定方法如下：

1)計(jì)算接觸判定的容差d₀：

d₀＝max{2.5*w₀*g₂,3.0*0.0004*w₀,w₁/7.5} (1)

其中，d₀>0，w₁為所有塊體的最小邊長(zhǎng)，w₀為塊體系統(tǒng)的最大計(jì)算范圍，g₂為最大位移比；常數(shù)2.5、3.0、0.0004、7.5均為人為設(shè)定的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，適用于塊體數(shù)量不多，且塊體大小相對(duì)均勻的情況，特殊情況下需要通過(guò)試算另行確定。

2)對(duì)塊體系統(tǒng)中的所有塊體進(jìn)行如下遍歷循環(huán)：

a)如圖1A、圖1B所示，若塊體i的角P₁與塊體j的角P₂之間的距離d小于d₀，則認(rèn)為角P₁與角P₂接觸。