[發明專利]重構多組分復合材料的離散元建模方法及應用

有效

• 申請號: 202011355819.1
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112329318B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 周博;胡高陽;楊博;汪華斌;張星
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06T5/00;G06T7/136;G06T17/20
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 孔娜;李智

1.一種重構多組分復合材料的離散元建模方法，其特征在于，所述離散元建模方法包括：

S1，采用CT掃描技術獲取待重構多組分復合材料的圖像，并對所述圖像進行處理獲得組成所述多組分復合材料的顆粒；

S2，對所述顆粒進行SEM掃描獲得組成所述顆粒的晶體的形貌，不同組分具有不同的晶體形貌和晶體含量，針對不同的晶體形貌生成對應的晶體模板；

S3，基于所述顆粒的形貌重構所述顆粒的表面網格，并以重構的表面網格的幾何中心為中心生成包圍所述表面網格的球體；

S4，在所述球體內生成與所述顆粒內晶體形貌對應且含量相同的晶體模板，將每一晶體模板內晶胞之間的連接設置為平行粘結接觸；

S5，獲取每一所述晶體模板的頂點信息并存儲于對應數組中，則多個晶體模板對應多個數組；

S6，在所述球體內重新填充多個球單元，對于每一球單元將球單元上與數組中數據最接近的點定義為頂點，以所述頂點為一個頂點并分別以所述晶體模板上一個面上的頂點為其他頂點組成新的立方體，則組成與所述晶體模板的面數相同的立方體，若所述晶體模板的體積V與新生成的多個立方體的體積和的商小于預設值，則保留該球單元，否則刪除該球單元，將所述球單元與球單元以及球單元與晶體模板之間設置為平行粘結鍵；

S7，以所述顆粒的形貌為目標對步驟S6中的結構進行壓縮得到重構的顆粒，依此方式重構組成所述多組分復合材料的所有顆粒，然后將獲得的所有顆粒自然堆積即獲得重構的多組分復合材料。

2.根據權利要求1所述的離散元建模方法，其特征在于，所述預設值為0.72。

3.根據權利要求1所述的離散元建模方法，其特征在于，步驟S2中基于所述顆粒的晶體的形貌，將所述晶體的外輪廓邊界離散化為多個三角形單元，并輸入至PFC^3D中生成對應的晶體邊界，并在邊界內以六方最密堆積晶胞的方式生成所述晶體模板。

4.根據權利要求2所述的離散元建模方法，其特征在于，步驟S4還包括：

S41，對晶體模板填充后的球體進行初步壓制，使得所述球體內晶體模板的總體積與球體的體積比在預設范圍內；

S42，將壓制后的晶體模板內部的晶胞的連接設置為平行粘結接觸，不同晶體模板之間的連接設置為線性接觸；

S43，刪除線性接觸力大于預設應力的晶胞。

5.根據權利要求4所述的離散元建模方法，其特征在于，所述預設范圍為70％～85％，所述預設應力為1N。

6.根據權利要求4所述的離散元建模方法，其特征在于，步驟S41初步壓制后還包括將晶體模板之間的接觸力清零；

步驟S43中采用隨機算法刪除線性接觸力大于預設應力的晶胞。

7.根據權利要求1所述的離散元建模方法，其特征在于，步驟S1中所述對所述圖像進行處理包括：

S11，采用中值濾波對所述圖像進行降噪；

S12，采用自動閾值獲得二值化CT圖像；

S13，采用內置分水嶺算法獲得顆粒之間相互獨立的CT圖像。

8.根據權利要求7所述的離散元建模方法，其特征在于，步驟S3中采用球諧函數重構所述顆粒的表面網格。

9.根據權利要求3所述的離散元建模方法，其特征在于，所述方法還包括：

采用顆粒壓碎試驗對所述待重構多組分復合材料進行壓碎獲得試驗結果，將步驟S7得到的重構的多組分復合材料模型進行壓碎模擬獲得模擬結果，若二者誤差大于預設閾值則調整所述重構過程中的晶胞大小、平行粘結強度、線性接觸摩擦系數、晶胞的法向剛度、晶胞的切向剛度中的一種或幾種。

10.一種權利要求1～9任意一項所述離散元建模方法的應用，其特征在于，將所述方法用于土石混合體的重構。