[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

本發明屬于復合材料重構相關技術領域，其公開了一種重構多組分復合材料的離散元建模方法及應用。該方法包括：獲取待重構多組分復合材料的顆粒形貌以及內部晶體結構，針對不同的晶體形貌生成對應的晶體模板；基于所述顆粒的形貌重構顆粒的表面網格，并生成包圍所述表面網格的球體；在球體內生成晶體模板；獲取每一晶體模板的頂點信息并存儲與對應數組中；在球體內重新填充多個球單元，判斷該球單元是否在晶體模板內，若在則刪除，否則保留；以顆粒的形貌為目標進行壓縮得到重構的顆粒，依此方式重構組成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。本申請能夠真實模擬出多組分復合材料的微觀結構。

技術領域

本發明屬于復合材料重構相關技術領域，更具體地，涉及一種重構多組分復合材料的離散元建模方法及應用。

背景技術

土石混合體(soil-rock mixture，SRM)是由較大的塊石、細粒土體和孔隙等所構成的一種非均質、非連續、非線性的特殊地質體，具有復雜的力學性質和變形破壞機制，在自然界中分布非常廣泛，尤其是在長江三峽地區，金沙江，瀾滄江等西南地區以及東南沿海地區均有大量分布。另外，在采礦工程及建模工程中產生的廢棄礦料堆、建筑垃圾等也可認為是特殊類型的土石混合體，若處理不當也會引發災難性后果。傳統的宏觀連續介質力學模型及相應理論分析和數值模擬忽略了巖石材料的內部結構特征，特別是不同尺度下的土石混合體漸進破壞特性的研究，基于對土石混合體的宏細觀力學的研究有助于我們進一步科學全面的剖析該類土體的變形破壞機理和演化過程。因此，如何重構具有真實形態的非均質含碎石黏土顆粒數值模型，探究其孔隙分布、破碎行為以及組構演化規律對解釋其微觀李旭特性具有重要意義。

現有技術中，尤其是在材料工程領域，現代粉體顆粒材料成型正朝著高生產率、高性能、高致密化和低成本等方向發展，就高聚物粘結炸藥粉末壓制成型理論而言，大量學者對藥粉壓制成型工藝進行了相關研究，主要包括：藥粉壓制成型過程中密度演化規律、壓制成型后晶體損傷識別等。但目前關于藥粉壓制成型工藝參數對密度影響的研究工作還主要集中于定性描述的階段，尚未深入研究工藝參數與孔隙率之間的定量關系，如何重構具有真實形態的復合粉末數值模型探究成型過程中藥粉力學特性(顆粒分布、孔隙變化、晶體破碎、界面行為等)對定量描述成型工藝參數與其成型質量具有重要意義。

近年來，隨著CT斷層掃描技術的高速發展為從微米尺度上細致研究顆粒材料微觀結構(即顆粒形態和內孔隙結構)對其微觀力學行為的影響進而探究其破碎行為本質提供了可能，大量學者開始關注于土體的微觀土力學行為以及顆粒材料壓制成型的微觀機理。中國專利CN107730513B公開了一種基于球諧函數不變量的顆粒識別和追蹤方法，其采用CT掃描技術研究了微型土力學試驗中不同加載階段的沙土顆粒，以追蹤所有沙土顆粒的運動行為，但其只能捕捉顆粒的表面形態，對材料的種類并不具備識別性，對多組分復合顆粒的的運動、變形、破碎行為以及顆粒內部晶體破碎、界面行為和組構演化規律等并不能進行表征，而現實生活中尤其是巖土工程領域，巖土中95％以上均是多組分顆粒，因此，構建新的研究方法以實現對其準確表征多組分顆粒的微觀性能具有重要意義。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種重構多組分復合材料的離散元建模方法及應用。通過CT掃描技術獲得多組分復合材料中顆粒的形貌，通過SEM掃描獲得顆粒中晶體的形貌，進而可以根據晶體的形貌構建與其相似的晶體模板，組分不同晶體模板的結構不同，對晶體模板進行堆積并對晶體模板內的晶胞之間設置相應的連接方式，并對晶體模板間的間隙進行填充以模擬真實多組分復合材料的連接結構。基于顆粒屬性構建接觸屬性，能夠充分反映晶體破碎、膠結材料脫落、膠結材料與晶體的脫粘行為，更加真實的反映復合材料的力學性能。