[發(fā)明專利]一種適用于堆芯顆粒分布不確定性分析的三維高效隨機排布方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110407487.5
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113221200B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郝琛;楊镕瑞;程有瑩
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F30/10
• 分類號: G06F30/10;G06T17/20
• 代理公司: 北京商專永信知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11400
• 代理人: 歐陽石文

1.一種適用于堆芯顆粒分布不確定性分析的三維高效隨機排布方法，其特征在于，包括步驟如下：

步驟一：獲取計算參數(shù)信息；

步驟二：在幾何區(qū)域內(nèi)隨機生成出所有顆粒位置，并給顆粒編號，不考慮重疊情況；

步驟三：給幾何區(qū)域劃分網(wǎng)格，把所有顆粒歸并到各個網(wǎng)格當中，網(wǎng)格中記錄顆粒編號；

步驟四：判斷顆粒之間是否存在重疊；

步驟五：消除顆粒間重疊；

步驟六：判斷顆粒與邊界之間是否存在重疊；

步驟七：消除顆粒與邊界的重疊；

步驟八：重復(fù)步驟四到步驟七，直到所有顆粒都消除了重疊情況；

步驟九：判斷顆粒和幾何尺寸，若沒達到規(guī)定尺寸，則增長顆粒半徑，減小幾何尺寸，并更新網(wǎng)格內(nèi)顆粒信息，然后回到步驟三繼續(xù)進行；若已達到規(guī)定的顆粒和幾何尺寸，步驟結(jié)束；

其中，步驟四中判斷顆粒之間是否存在重疊的方法如下：首先在顆粒填充的幾何區(qū)域內(nèi)劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格寬度為一倍球直徑至兩倍球直徑；采用笛卡爾坐標系，在X，Y，Z方向分別劃分網(wǎng)格，使得幾何空間被分割為一個個立方體晶格；其中定義如果球心坐標在晶格之內(nèi)，該球就屬于該晶格，并且通過基于線性同余法的rand隨機數(shù)生成函數(shù)在幾何區(qū)域內(nèi)生成Npeb個點作為各隨機顆粒的球心，不考慮顆粒之間的重疊情況；比較該球和其周圍26個晶格中的球的球心之間距離，定義球心之間距離為l，球當前直徑為D＝2Ri，采用兩點間距離公式計算出兩球球心之間的距離l，如果lD，則說明球心之間的距離小于球直徑，那么兩球處于重疊情況。

2.如權(quán)利要求1所述的三維高效隨機排布方法，其特征在于，步驟一中參數(shù)信息包括顆粒總數(shù)，最終邊界幾何尺寸H_end，最終顆粒半徑R_peb和迭代步數(shù)N。

3.如權(quán)利要求2所述的三維高效隨機排布方法，其特征在于，步驟一中最初顆粒半徑R_ini定義為最終顆粒半徑R_peb的2/3，最初邊界幾何高度H_ini為最終幾何高度H_end的3/2。

4.如權(quán)利要求1所述的三維高效隨機排布方法，其特征在于，步驟四中，當判斷得出顆粒間距小于顆粒直徑，則認為顆粒間存在重疊。

5.如權(quán)利要求1所述的三維高效隨機排布方法，其特征在于，步驟五中，當步驟四中計算確定的顆粒間球心的距離l小于當前球直徑D(D＝2Ri)，則判定兩球處于重疊情況，所述消除顆粒間重疊操作的具體方法為當判斷l(xiāng)D時，使兩球在其球心連線方向上分別相背移動(D–l)/2的距離使其變?yōu)橄嗲袪顟B(tài)；每次消除重疊移動步驟后，都需要返回步驟四進行顆粒間是否重疊的再判斷。

6.如權(quán)利要求1所述的三維高效隨機排布方法，其特征在于，如果判斷顆粒間的距離已經(jīng)完全消除了重疊后，下一步會進行步驟六進行顆粒和邊界間的位置判斷，當判斷得出顆粒與邊界距離小于顆粒半徑，則認為顆粒與邊界存在重疊，具體方法是，通過點到直線距離公式計算出顆粒球心和邊界之間的距離L；當顆粒與邊界之間的距離小于當前顆粒半徑，即LRi時，判斷為顆粒和邊界發(fā)生了重疊現(xiàn)象。

7.如權(quán)利要求1所述的三維高效隨機排布方法，其特征在于，如果步驟六判斷得出顆粒和邊界發(fā)生了重疊，則通過使顆粒沿著其邊線法線方向向邊線內(nèi)移動Ri-L的距離，移動后顆粒與邊界成為相切狀態(tài)；返回顆粒步驟三。

8.如權(quán)利要求1所述的三維高效隨機排布方法，其特征在于，當完成步驟八，即所有顆粒都進行了比較并且沒有重疊情況后，判斷顆粒當前半徑R_i是否達到輸入的顆粒最終半徑R_peb，幾何高度H_i是否達到最終高度H_end；如果沒有，則通過對數(shù)插值公式(1)增長顆粒的半徑，通過公式(2)減小幾何高度，隨后重新進入步驟三進行下一步迭代計算，不斷進行迭代計算，直到判斷出R_i＝R_peb；H_i＝H_end時，結(jié)束計算，得出最終的隨機填充顆粒坐標位置，顆粒隨機排布完成：

式中R_i，H_i分別為第i次迭下的顆粒半徑和幾何高度；R_ini，H_ini分別為最初顆粒半徑和最初幾何高度；R_peb，H_end分別為最終球半徑和最終幾何高度，i為當前迭代次數(shù)，N為總迭代次數(shù)，