[發明專利]一種多形態顆粒增強復合材料三維細觀結構建模方法有效

申請號：	202010314094.5	申請日：	2020-04-20
公開（公告）號：	CN111967066B	公開（公告）日：	2022-10-28
發明（設計）人：	張以都;高子涵;苗衛首;吳瓊;高瀚君;陳曙光	申請（專利權）人：	北京航空航天大學
主分類號：	G06F30/10	分類號：	G06F30/10;G06F30/23;G06T17/20
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地址：	100191***	國省代碼：	北京;11
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種形態顆粒增強復合材料三維結構建模方法
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【權利要求書】：

1.一種多形態顆粒增強復合材料三維細觀結構建模方法，其特征在于，建立一定體積分數的多種形態顆粒的顆粒增強復合材料三維細觀結構模型，顆粒的形狀為隨機多面體，隨機多面體顆粒可通過三角剖分法、多邊形拉伸法、多面體圓切法生成，將建立的細觀結構模型一定的格式存儲到數據文件中，可用MATLAB顯示細觀結構模型，并利用ABAQUS的腳本語言Python讀取數據文件中的細觀幾何模型數據，在ABAQUS中建立三維細觀模型；所述的三角剖分法，首先隨機創建一個橢球體，然后在橢球體上隨機選取n個點，利用Delaunay剖分算法獲取組成多面體顆粒的三角形面；所述的多邊形拉伸法，首先在XY平面上創建一個隨機的多邊形，然后將上述創建多邊形的頂點，分別向上和向下移動一定的距離，得到拉伸后的棱柱形多面體；所述的多面體圓切法，首先在多面體顆粒內部生成一個略小于多面體顆粒的橢球體，然后取橢球體上的任意一點的切平面對多面體顆粒進行切割，得到新的多面體顆粒；被切割的多面體顆粒為三角剖分法或多邊形拉伸法創建；所述的對多面體顆粒進行切割，具體過程為：在橢球體上隨機取一點P_t(x′,y′,z′)，以該點相切的面為切割平面，切割平面以點法式來表示，點P_t處的法向量為切割平面記為F(P_t,n)，設長方體的六個面分別為A₁-A₆，第i個面上的頂點首尾連接組成邊為L_i1-L_i4，第i個面上的第j條邊，記為L_ij，用兩點式來表示線段的方程，切割后產生的面的點集記為{P_cut}，被切割后的A_i面上的點為{P_icut}，依次取6個面分別與上述切割平面進行切割計算；依次計算A_i面上的點是否位于切割平面F(P_t,n)的內側，即位于橢球球心一側，如果都位于內側，則A_i面不被切割；如果都位于外側，則從多面體的面中刪除A_i面；如果不全位于內側，則A_i面與切割平面相交；Ai面與切割平面相交時的切割過程具體為：依次獲取該面的邊L_ij與切割平面是否相交，如果L_ij與切割平面不相交且位于切割平面內側，則保留此邊的點到{P_icut}；如果L_ij與切割平面不相交且位于切割平面外側，不做任何操作，即刪除L_ij；如果L_ij與切割平面相交，則保留交點和位于切割平面內部的首點到{P_icut}，同時保留交點到{P_cut}；如果不是首點，則只保留交點到{P_icut}，同時保留交點到{P_cut}；依次計算六個面后，六個面都會被切割，同時由于多面體中會存在兩個面共邊的情況，所以點集{P_cut}中會存在相同的點，將{P_cut}中重復的點去除，剩余的點按順序首尾連接組成的面即為切割得到的面；所述的細觀結構模型的數據文件格式，同時存儲上述三種方法及三種方法復合方法創建的多面體顆粒的幾何信息和基體的幾何信息；其中PRMMCs為根節點，其下有兩個子節點，分別為基體幾何信息節點Matrix和顆粒幾何信息節點Particle；Matrix節點的子節點Limits保存基體的幾何尺寸,默認基體以坐標原點為基體的中心；Particle節點下有n個多邊形顆粒子節點Polyhedral,該節點的屬性信息包括多面體的序號、體積、中心坐標，該節點還有多面體頂點節點PolyPoints和多面體面節點PolyFaces,其中PolyPoints節點有若干個子節點Points，其屬性包含頂點的三維坐標值；PolyFaces節點屬性包含面的序號、面積、面的中心坐標，該節點下有若干個若干組成該面的頂點節點FacePoint,其屬性包含頂點序號、頂點坐標；所述的在ABAQUS中建立三維細觀模型，是利用ABAQUS的腳本語言Python讀取數據文件中多面體顆粒信息，用WirePolyLine()函數創建多面顆粒的邊，然后利用CoverEdges()函數利用組成面的邊來生成面，最后利用AddCells()函數將面來生成實體，重復上述過程，可完成其他所有顆粒的創建，顆粒的名稱為“Polyhedral-i”，其中i為多面體顆粒的數目，采用拉伸的方法創建基體，命名為“Matrix”；然后將所有的顆粒和基體零件導入到裝配模塊中，并依次從基體中減去所有的顆粒，從而生成一個帶有空洞的基體的幾何體，將其重命名為“Matix-1”，并刪除裝配體中所有的零件；然后將所有的顆粒和基體“Matrix-1”一起導入到裝配體中，三維細觀模型建立完成；所述的三種方法創建的顆粒具有不同的形狀，三角剖分法多面體顆粒的面均為三角形；多邊形拉伸法多面體顆粒上頂面和下底面為多邊形，側面均為矩形；多面體圓切法對長方體顆粒進行隨機切割，切割后的多面體顆粒的面可能為任意多邊形；多面體圓切法對三角剖分法多面體顆粒進行隨機切割，切割后的多面體顆粒不再只含有三角形的面，形狀更加多樣；多面體圓切法對多邊形拉伸法的顆粒進行分割，切割后的顆粒底面和側面的形狀都會發生變化，不再是單純的棱柱體。