[發明專利]一種基于凸包算法的凹體生成方法和裝置

有效

• 申請號: 201911191929.6
• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN111080790B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 孟慶祥;陳鴻杰;徐衛亞;盧吉;王環玲;遲福東
• 申請（專利權）人: 河海大學;華能瀾滄江水電股份有限公司;華能集團技術創新中心有限公司
• 主分類號: G06T17/10
• 分類號: G06T17/10;G06T19/20;G06F30/20;G06F119/14;G06F111/10
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 張倩倩

本發明公開一種基于凸包算法的凹體生成方法，包括：獲取待模擬的骨料顆粒形態數據；在預選擇的基本形狀的表面取多個點，記為初始點；利用凸包算法基于初始點構成凸包，確定所形成的凸包中三角面的連接關系；基于待模擬的骨料顆粒形態數據，對各初始點進行徑向拉伸或者縮短以及旋轉操作，將操作后的點記為位置點，并記錄各初始點與位置點之間的對應關系；用各位置點替換相應初始點，基于所述凸包中三角面的連接關系生成凹體三角面，得到由相應凹體三角面組成的凹體，即為待模擬骨料顆粒的數值模型。本發明可根據實體顆粒形態生成相應的凹體，用于顆粒的力學參數模擬試驗分析，提高試驗分析結果的可靠性。

技術領域

本發明涉及不均勻巖土材料力學參數研究技術領域，特別是一種用于生成材料數值模型試塊的基于凸包算法的凹體生成方法和裝置。

背景技術

通過數值方法研究不均勻巖土材料(如混凝土、堆積體)的力學參數，在近年來發展比較迅速，該類方法能很好的克服真實試驗參數研究中取樣困難、試樣擾動、結果離散性大、試驗尺度相較于內部結構尺度偏小等問題。但數值方法研究非均質材料參數存在一個很大問題：模型建立問題，即根據堆積體各項內部結構參數(如：混凝土中骨料級配、骨料形狀等)生成符合數值試驗要求的數值模型試塊。

當前在模型建立問題上，很多學者做過各方面的嘗試。有通過元胞自動機模型來進行研究，也有運用二維隨機骨料模型構建混凝土的幾何模型。現在一些學者也嘗試建立了一種三維顆粒模型的生成方法。但該方面的研究主要還是集中在二維方面，已經取得了較大的進展，可以生成較為復雜的顆粒幾何模型。在三維方面，目前最主要的方法是選擇一個橢球或者圓球作為基本形狀，選擇表面上一系列的點，然后采用凸包算法來形成顆粒幾何形狀，該方法生成的顆粒為凸體，而實際上顆粒形狀多為較復雜的凹體，因此該方法存在一定的問題，其無法體現顆粒之間的咬合作用，進而也無法采用數值模擬方法準確預測出混凝土等材料的物理力學性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于凸包算法的凹體生成方法和裝置，所生成的凹體可更加真實地模擬骨料顆粒形狀，為采用數值模擬方法預測顆粒增強型復合材料力學性能提供基礎。

本發明采取的技術方案為：一種基于凸包算法的凹體生成方法，包括：

獲取待模擬的骨料顆粒形態數據；

在預選擇的基本形狀的表面取多個點，記為初始點；

利用凸包算法基于初始點構成凸包，確定所形成的凸包中三角面的連接關系；

基于待模擬的骨料顆粒形態數據，對各初始點進行徑向拉伸或者縮短以及旋轉操作，將操作后的點記為位置點，并記錄各初始點與位置點之間的對應關系；

用各位置點替換相應初始點，基于所述凸包中三角面的連接關系生成凹體三角面，得到由相應凹體三角面組成的凹體，即為待模擬骨料顆粒的數值模型。

本發明利用凸包算法基于已知點生成凸包為現有技術。在應用時，凹體生成過程可適用于簡單或復雜顆粒形態的表征，由于能夠提供更貼近實體顆粒的三維凹體數值模型，因此在進行顆粒數值試驗時，能夠提高試驗結果的可靠性，克服真實試驗參數研究過程存在的種種缺陷。

進一步的，本發明還包括，將生成的凹體輸出為相應骨料顆粒的幾何格式文件，用于其它對相應骨料顆粒進行的數值試驗。即通過本發明生成的凹體數值模型具有可移植性，只需在實驗時導入相應幾何格式文件即可得到實體顆粒的凹體數值模型。

優選的，所述幾何格式文件為STL文件。可適用為多種數值試驗應用的模板庫文件，當然也可以是其它幾何格式文件。

更進一步的，本發明還包括，將生成的凹體作為骨料顆粒，投放到預先設定的區域內，建立顆粒增強型復合材料的數值模型。可用于顆粒增強型復合材料的數值試驗，克服真實試驗參數研究中取樣困難、試樣擾動、結果離散性大、試驗尺度相較于內部結構尺度偏小等問題，提高試驗分析結果的可靠性，同時材料模擬的真實度更高。