[發(fā)明專利]堆石混凝土堆石體堆積過程的計算方法和系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810574923.6
• 申請日: 2018-06-06
• 公開（公告）號: CN108984829B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邱流潮;李敬軍;羅今建;楊永森
• 申請（專利權(quán)）人: 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06T17/00;G06F119/14
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;吳歡燕

1.一種堆石混凝土澆筑過程中堆石塊的堆積過程及最終堆積形態(tài)的計算方法，其特征在于，包括：

建立堆石塊初始狀態(tài)的三維模型，所述堆石塊包括一定數(shù)量的塊石體；所述三維模型是根據(jù)所述塊石體的大小、形狀以及數(shù)量參數(shù)形成的所述塊石體的集合；

根據(jù)有限元/離散元耦合分析方法分析所述三維模型的堆積過程及最終堆積形態(tài)；

所述根據(jù)有限元/離散元耦合分析方法分析所述三維模型的堆積過程及最終堆積形態(tài)，具體為：

根據(jù)有限元分析法獲得三維模型中每個塊石體連續(xù)介質(zhì)力學(xué)行為；

根據(jù)離散元分析法獲得三維模型中塊石體間的非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)行為；

將三維模型中所有塊石體的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)行為和非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)行為代入三維模型的動力平衡方程，獲得三維模型的堆積運(yùn)動過程以及最終堆積形態(tài)；

所述連續(xù)介質(zhì)力學(xué)行為包括：網(wǎng)格單元的節(jié)點(diǎn)變形引起的內(nèi)力向量、網(wǎng)格單元的節(jié)點(diǎn)的外力向量以及質(zhì)量矩陣；

相應(yīng)地，所述根據(jù)有限元分析法獲得三維模型中每個塊石體的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)行為，具體為：

對所述三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，獲得由網(wǎng)格單元構(gòu)成的有限元模型；

根據(jù)網(wǎng)格單元體積、標(biāo)準(zhǔn)型函數(shù)以及柯西應(yīng)力張量獲得所述內(nèi)力向量；

根據(jù)網(wǎng)格單元未變形時的體積、與該網(wǎng)格單元未變形時的體積對應(yīng)的密度、以及所述標(biāo)準(zhǔn)型函數(shù)獲得所述質(zhì)量矩陣；

根據(jù)塊石體的體力、面力以及單元表面積，獲得所述外力向量；

所述非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)行為包括：塊石體間的接觸力；

相應(yīng)地，所述根據(jù)離散元分析法獲得三維模型中塊石體間的非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)行為，具體為：

通過非二叉樹搜索接觸算法獲得三維模型中的接觸體和目標(biāo)體；

根據(jù)公式：獲得接觸體和目標(biāo)體之間的法向接觸力；其中，i表示第i個接觸體的有限單元，j表示第j個目標(biāo)體的有限單元；β_ci和β_tj分別表示第i個接觸體和第j個目標(biāo)體，m和n分別表示用于離散接觸體和目標(biāo)體的有限單元數(shù)目，表示第i個接觸體的接觸勢，表示第j個目標(biāo)體的接觸勢，S表示相互嵌入部分的邊界，n表示該邊界的外法線方向矢量；

根據(jù)公式：獲得接觸體和目標(biāo)體之間的切向接觸力；其中k_t為切向剛度，η_t為切向粘性阻尼系數(shù)，d_t和v_t分別表示切向相對位移和相對速度；

若判斷其中，μ為摩擦系數(shù)，則根據(jù)庫倫摩擦定律，重新根據(jù)公式計算所述切向接觸力；

根據(jù)法向接觸力和切向接觸力的矢量和作為所述接觸力。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算方法，其特征在于，所述建立堆石塊初始狀態(tài)的三維模型，具體為：

使用三維建模軟件根據(jù)堆石塊的預(yù)先確定的參數(shù)，建立三維模型；或者

對所述塊石體外形輪廓進(jìn)行3D掃描形成輸入數(shù)據(jù)輸入至三維建模軟件中，建立三維模型。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算方法，其特征在于，所述三維模型的動力平衡方程，具體為：

Mx”+Cx’+f^int＝f^c+f^ext

x＝X+u

其中，M,C分別表示質(zhì)量矩陣和阻尼矩陣，f^int表示變形引起的內(nèi)力向量，f^c表示接觸力，f^ext表示除接觸力外的所有外力向量，x”和x’分別表示有限元節(jié)點(diǎn)的加速度和速度，X為有限元節(jié)點(diǎn)的初始位置向量，u為有限元節(jié)點(diǎn)的位移向量。