[發明專利]一種不規則顆粒的形狀模擬方法、裝置及設備

有效

• 申請號: 202011418366.2
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112395712B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 賴正首;黃林沖;黃帥;吳峰
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/25;G06F119/14
• 代理公司: 廣東合方知識產權代理有限公司 44561
• 代理人: 許建成

本發明公開了一種不規則顆粒的形狀模擬方法，所述模擬方法基于離散元計算方法，其包括如下步驟：a、利用貝塞爾曲線表征待分析顆粒材料的幾何形態，并獲得待分析顆粒材料的基于貝塞爾曲線的顆粒數學描述；b、對多個待分析顆粒材料進行接觸判斷，以確定顆粒材料相互之間的接觸關系；c、對接觸的顆粒材料進行接觸特征分析，以獲取顆粒材料之間的接觸特征。本發明的一種不規則顆粒的形狀模擬方法更易于實現對不規則粒子的建模工作，具備顯著的可遷移性。相應地，本發明還提供了一種不規則顆粒的形狀模擬裝置及設備。

技術領域

本發明涉及材料力學領域，更具體地涉及一種不規則顆粒的形狀模擬方法、裝置及設備。

背景技術

顆粒材料廣泛存在于自然界中，對于顆粒材料力學性質的研究具有重要的工程意義。顆粒形狀的離散元計算方法離散元法是目前模擬顆粒材料的最重要的數值工具，它通過對顆粒間的相互作用及運動信息的捕捉來模擬顆粒材料的宏觀力學行為。傳統顆粒形狀的離散元計算方法的模擬大多采用圓盤、球體等規則顆粒進行計算，其由于高效的計算效率及易于實現的特性被廣泛應用于各項工程中。但現實中可見的顆粒大多呈現不規則形狀，這種顆粒的不規則性對于其宏觀性質具有顯著的影響，因此需要發展不規則顆粒的離散元計算方法的模型。

在開發新的離散元顆粒模型時，需要關注三個因素：精度、計算效率以及可遷移性。目前已有的考慮不規則顆粒的離散元計算方法主要包括單顆粒法和復合顆粒法，復合顆粒法具備計算效率低，接觸參數不真實等缺陷。因此，現有的不規則顆粒的構建方法仍然受到特定顆粒形狀的限制，無法在同一離散元計算方法模型中結合多種顆粒模型，缺乏可遷移性，無法進行更為廣泛的應用。

因此，有必要提供一種可結合多種顆粒模型的改進的不規則顆粒的形狀模擬方法、裝置及設備來克服上述缺陷。

發明內容

本發明的目的是提供一種不規則顆粒的形狀模擬方法，本發明的一種不規則顆粒的形狀模擬方法更易于實現對不規則顆粒的建模工作，從而能夠適用于任意形狀顆粒材料的顆粒形狀分析，同時貝塞爾曲線的控制點使得在描述顆粒形狀時具有更高的靈活性；另外，在本發明中采用的接觸判斷及其接觸特征分析使得其能與其它現有的粒子模型進行集成，具備顯著的可遷移性。相應地，本發明還提供了一種不規則顆粒的形狀模擬裝置及設備。

為實現上述目的，本發明公開了一種不規則顆粒的形狀模擬方法，所述模擬方法基于離散元計算方法，其包括如下步驟：

a、利用貝塞爾曲線表征待分析顆粒材料的幾何形態，并獲得待分析顆粒材料的基于貝塞爾曲線的顆粒數學描述；

b、對多個待分析顆粒材料進行接觸判斷，以確定顆粒材料相互之間的接觸關系；

c、對接觸的顆粒材料進行接觸特征分析，以獲取顆粒材料之間的接觸特征。

較佳地，在所述步驟a中，通過N段貝塞爾曲線首尾相連形成閉合的顆粒邊界，以獲得待分析顆粒材料的顆粒數學描述，且N為大于1的自然數。

較佳地，所述步驟獲得待分析顆粒材料的基于貝塞爾曲線的顆粒數學描述，具體包括如下步驟：

a1、將待分析的顆粒材料的幾何表面分為N個部分，通過P₀、P₁、P₂……P_N-1這N個點連接，每個部分均分別用貝塞爾曲線進行表征，對于任一部分，連接點P_i和P_i+1同時也表征該段貝塞爾曲線首尾兩個控制點；

a2、采用三階貝塞爾曲線對待分析的顆粒材料的幾何形狀進行表征，其表征的表達式為：

B(t)＝(1-t)³Q₀+3(1-t)²tQ₁+3(1-t)t²Q₂+t³Q₃?0≤t≤1