[發明專利]基于EDEM實現巖石破碎過程可視化的方法

有效

• 申請號: 202010084718.9
• 申請日: 2020-02-10
• 公開（公告）號: CN111259593B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 蔡改貧;李洋波;占鵬飛;謝文涓;郭晉
• 申請（專利權）人: 江西理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06Q50/02;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 鄒飛艷

本發明公開了一種基于EDEM實現巖石破碎過程可視化的方法，包括構建巖石的物理模型，獲得巖石顆粒位置信息并建立力鏈網絡模型，定義模型內顆粒間粘結鍵的力學關系并獲取巖石的本征力學參數，計算外載作用下力鏈網絡模型中的粘結鍵承載信息，利用粘結鍵的斷裂判據對粘結鍵進行判斷，以及判斷是否形成裂紋聚集交匯，當裂紋兩段擴展至巖石表面時，巖石形成宏觀破碎。本發明通過計算整個過程中粘結鍵的斷裂位置信息和模型重構信息實現巖石破碎過程可視化，從微觀角度分析破碎過程中粘結鍵的受力變化，從細觀角度分析破碎過程中粘結鍵的斷裂順序，從宏觀角度分析巖石的破碎特性，實現巖石破碎過程的可視化，便于分析研究巖石的破碎機理。

技術領域

本發明涉及巖土工程技術領域，具體的是一種基于EDEM實現巖石破碎過程可視化的方法。

背景技術

巖石破碎是個極其復雜的變形過程，破碎過程中不僅涉及到多個物理量的變化，同時還伴隨著裂紋的滋生、擴展和聚集現象。因此為了研究破碎的實質，需要運用接觸力學、細觀力學和統計力學的相關理論，從微觀、細觀和宏觀等角度分析巖石的破碎過程。而目前實驗研究僅能單純的從宏觀角度分析巖石的破碎過程，且很難實現巖石破碎過程的可視化。因此計算機作為一種模擬巖石破碎、分析巖石破碎過程的設備被人們廣泛運用，并逐漸形成離散元、有限元和擴展有限元等數值模擬方法，實現沖擊、剪切等復雜加載方式下的破碎實驗模擬，為分析巖石的破碎過程提供了很好的研究方法。通過借助計算機軟件建立巖石顆粒模型，并實現破碎過程的可視化，對了解巖石的破碎本質具有重要的意義。

EDEM是世界上第一個用現代化離散元模型科技設計的用來模擬和分析顆粒處理和生產操作的通用CAE軟件，通過模擬散狀物料加工處理過程中顆粒體系的行為特征，協助設計人員對各類散料處理設備進行設計、測試和優化。EDEM主要由三部分組成：Creator、Simulator和Analyst。Creator是前處理工具，完成幾何結構導入和顆粒模型建立等，Simulator是求解器，用于模擬顆粒體系的運動過程；Analyst是后處理模塊，提供了豐富的工具對計算結果進行分析。

多尺度模型是基于離散元的基本原理，提出描述巖石顆粒多尺度特性的巖石模型，這種多尺度涉及到微觀、細觀和宏觀三個方面，微觀尺度指顆粒材料內部顆粒與顆粒之間的粘結模型和接觸模型，細觀尺度是指多個微觀尺度的集合，宏觀尺度是指多個細觀尺度的集合，三者之間的關系類似于點、線、面之間的關系。國內學者祁原、黃俊杰等人的《可破碎顆粒體在動力載荷下的耗能特性》對巖石顆粒粘結模型展開破碎實驗研究，分析了動載下巖石的破碎過程，得到了系統能量的耗散率決定巖石碎后粒度的結論；馬春弛、李天斌等人的《硬脆掩飾的微觀顆粒及其卸荷巖爆效應研究》利用構建的巖石顆粒模型進行數值模擬實驗，從微觀角度分析了巖石破碎時巖石內部的顆粒狀態，并推導了相應的計算方法，分析了影響顆粒材料內部顆粒狀態的因素；魏巍、覃燕林等人的《粒裝材料顆粒破碎過程分析》針對顆粒的形狀展開了研究，建立了粒狀巖石顆粒模型，并模擬了在側向應力作用下巖石的破碎過程。但上述大多是基于細觀和宏觀尺度的，沒有考慮到真實的巖石內部微觀幾何多尺度特征，也沒有考慮到顆粒破碎過程中粘結強度的變化問題，因此無法精確的模擬巖石的真實破碎過程。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的在分析材料破碎過程沒有考慮到真實的巖石內部微觀幾何多尺度特征，也沒有考慮到顆粒破碎過程中粘結強度的變化問題，無法精確地模擬巖石的真實破碎過程的不足之處，提出一種基于EDEM實現巖石破碎過程可視化的方法，該方法能夠從細觀、微觀和宏觀角度分析記錄巖石破碎過程中裂紋的生成擴展聚集現象，實現對巖石破碎過程的模擬和可視化。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于EDEM實現巖石破碎過程可視化的方法，其包括以下步驟：

S1.根據巖石樣本的幾何參數，獲取并構建巖石的三維幾何模型；

S2.對所述三維幾何模型進行離散化處理獲得巖石顆粒模型，利用EDEM下的bpm粘結力鏈模型對所述巖石顆粒模型進行幾何簡化，獲得每個顆粒的位置信息；