[發(fā)明專利]一種高致密度離散顆粒多相體系的建模方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710570950.1
• 申請日: 2017-07-13
• 公開（公告）號: CN107423498B
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 季忠;劉韌;張紀(jì)芝;生培瑤;鄒方坤
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F113/26
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 董潔

1.一種高致密度離散顆粒多相體系的建模方法，其特征是，包括以下步驟：

(1)擬定模型的輪廓形狀和尺寸，即確定建模空間及其邊界；

(2)根據(jù)預(yù)定的級配，擬定各尺寸范圍內(nèi)的顆粒的體積和，即設(shè)定i～j尺寸范圍內(nèi)的顆粒相的體積和為V_(i-j)；

(3)在所述建模空間內(nèi)，隨機(jī)獲得在i×α～j×α尺寸范圍內(nèi)的若干個顆粒模型，其中，α<1，使各個顆粒模型的體積和為V_(i-j)×β，各個顆粒均與周圍的顆粒之間不發(fā)生干涉，由此獲了i～j尺寸范圍內(nèi)的各顆粒的緊縮模型；

(4)重復(fù)步驟(3)，生成所有尺寸范圍內(nèi)的顆粒的緊縮模型；

(5)在步驟(1)中所述的建模空間中，將步驟(4)中各顆粒的緊縮模型進(jìn)行體積膨脹，即將各顆粒的緊縮模型的尺寸放大1/α倍，體積也隨之放大1/β倍，從而將各顆粒的緊縮模型膨脹至符合步驟(2)中預(yù)定級配的正常尺寸模型，此時得到的顆粒分布模型即為所求的高致密度顆粒結(jié)構(gòu)模型；

其中，步驟(5)中，各顆粒緊縮模型的膨脹方法，包括如下步驟：

a、將步驟(1)中建模空間的邊界劃分有限元網(wǎng)格，模型邊界為與溫度無關(guān)的剛性材料，模型邊界劃分為實(shí)體元或殼單元；

b、將步驟(4)中所述的顆粒劃分有限元網(wǎng)格，顆粒為熱彈性材料或熱彈塑性材料，將各個顆粒模型劃分為實(shí)體單元；

c、定義顆粒之間以及顆粒與建模空間的邊界之間的接觸方式為面-面接觸，或點(diǎn)-面接觸，或點(diǎn)-點(diǎn)接觸，使之不發(fā)生相互穿透；

d、用有限元方法，對顆粒施加溫度或熱流載荷，使之產(chǎn)生熱膨脹；熱膨脹1/α倍后，尺寸由為i×α～j×α的顆粒變?yōu)槌叽鏸～j，各顆粒的體積和也隨之膨脹1/β倍，由V_(i-j)×β變?yōu)閂_(i-j)。

2.如權(quán)利要求1所述的建模方法，其特征是：所述高致密度離散顆粒多相體系為顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料、軟物質(zhì)系顆粒材料、顆粒堆積材料或短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。

3.如權(quán)利要求1所述的建模方法，其特征是：步驟b中，顆粒為熱彈性材料。

4.如權(quán)利要求1所述的建模方法，其特征是：步驟(1)～(3)中，i×α～j×α尺寸范圍內(nèi)的若干個顆粒模型的獲得方法，包括如下步驟：

a、在所述建模空間內(nèi)，隨機(jī)產(chǎn)生一個點(diǎn)，以該點(diǎn)為中心，生成一個直徑在i×α～j×α尺寸范圍內(nèi)的球；

b、判斷步驟a中所生成的球是否與周圍已生成的顆粒發(fā)生干涉，若發(fā)生干涉，則刪除已生成的球，并重復(fù)步驟a；

c、在球內(nèi)生成內(nèi)接多面體，任選該多面體的幾個頂點(diǎn)，使之沿球的半徑方向內(nèi)移，形成內(nèi)凹和外凸的表面，以得到逼近真實(shí)顆粒形狀的顆粒模型；

d、判斷所生成的顆粒是否與模型邊界發(fā)生干涉，若發(fā)生干涉，則刪除顆粒在模型邊界外的部分；

e、計算步驟d中得到的顆粒模型的體積；

f、重復(fù)步驟a～e，將得到的各個顆粒模型的體積求和，得到ΣV；

g、判斷ΣV是否達(dá)到V_(i-j)×β，若不是，則重復(fù)步驟a～f；

其中，步驟a中，生成的球的形狀為球形或橢球型或其他類似球形的形狀；

如果顆粒的形狀能夠直接用數(shù)學(xué)方程描述，則在上述步驟a～c中，直接通過數(shù)學(xué)方程生成顆粒模型，并省略步驟c。

5.如權(quán)利要求1所述的建模方法，其特征是：將顆粒之間的空隙作為第二相，并由此生成多相模型。

6.如權(quán)利要求1所述的建模方法，其特征是：步驟(3)中，α＝0.5～0.9，β＝α³。

7.如權(quán)利要求1所述的建模方法，其特征是：步驟(5)中，各顆粒緊縮模型的膨脹方法，能夠通過離散元數(shù)值方法進(jìn)行求解。

8.權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)所述的建模方法在二維細(xì)觀結(jié)構(gòu)建模上的應(yīng)用，其特征是：將所述建模方法中的體積用面積代替，將在隨機(jī)點(diǎn)生成的球用圓代替，將內(nèi)接多面體用圓內(nèi)接多邊形代替，β＝α²。

9.權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)所述的建模方法在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料建模上的應(yīng)用，其特征是：將所述建模方法中隨機(jī)點(diǎn)生成的球用柱代替，并由柱生成纖維模型。