[發明專利]一種水泥基材料顆粒堆積體系孔徑分布計算方法

有效

• 申請號: 202110638415.1
• 申請日: 2021-06-08
• 公開（公告）號: CN113405966B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 何建明;李事力;?；?/a>;宋健民;高小建;應偉超
• 申請（專利權）人: 浙江廣天構件集團股份有限公司
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G06F30/20
• 代理公司: 深圳匯策知識產權代理事務所(普通合伙) 44487
• 代理人: 遲芳

1.一種水泥基材料顆粒堆積體系孔徑分布計算方法，球體堆積體系孔徑分布計算方法為首先建立球體顆粒堆積幾何模型，其次對球心點集執行Delaunay四面體剖分以把堆積模型劃分為由多個四面體組成的集合，然后逐一獲取集合中四面體的孔隙孔徑和孔隙體積，最后進行信息統計并作計算分析，從而獲取堆積體系孔隙結構孔徑分布信息的過程；

建立球體顆粒堆積幾何模型的過程為：

對于指定球體顆粒粒徑分布和孔隙率的體系，首先確定立方體填充空間的尺寸大小，然后把球體顆粒按尺寸從大到小依次投入立方體填充空間中，每個球體顆粒的坐標由蒙特卡洛法隨機生成，直至所有顆粒全部投放完畢，形成球體顆粒堆積幾何模型；

在球體顆粒堆積幾何模型的建立過程中，當堆積體系不允許顆粒重疊情況存在時，則需要執行球體相交檢測，即投入第i個球體時，需要對任意小于i的j都滿足公式（1）：

|(X_i, Y_i, Z_i) – (X_j, Y_j, Z_j)| R_i + R_j（1）

上式中(Xi, Yi, Zi)為第i個投入球體的笛卡爾坐標，(Xj, Yj, Zj)為第j個投入球體的笛卡爾坐標，Ri為第i個投入球體的半徑，Rj為第j個投入球體的半徑；

當堆積體系允許顆粒重疊情況存在時，則無需檢測球體相交，直接把所有球體顆粒隨機投放到區域內即可；

當球體顆粒堆積幾何模型為低孔隙率無重疊球體堆積體系時，采取壓縮移動策略確保所有球體顆粒在立方體填充空間內處于無重疊容納狀態，從而滿足公式（1）的計算要求，壓縮移動策略的操作過程為：

首先把球體顆粒投入到膨脹的立方體空間中，立方體空間的膨脹通過放大立方體邊長至兩倍實現，此時的立方體空間的體積為原來立方體空間體積的八倍，在投入球體顆粒不變的情況下膨脹立方體空間中的填充密度僅為目標填充密度的八分之一，將所有球體顆粒投入到膨脹立方空間中后，再隨機移動球體顆粒，并確保移動時避免每個被移動的顆粒與其它顆粒發生碰撞；然后，確定所有顆粒兩兩相互之間的最短表面距離，并用該表面距離除以兩個最近顆粒的中心距離，作為壓縮率，再按壓縮率壓縮立方體填充區域，壓縮時所有球體顆粒的半徑不變，坐標等量縮小；最后，重復執行球體顆粒移動和填充空間壓縮兩步驟，直至膨脹的立方體空間被壓縮至其初始設定大小，至此，完成了目標低孔隙率無重疊球體堆積模型建立過程；

基于球體顆粒堆積幾何模型，對球心點集執行Delaunay四面體剖分的操作過程為：

根據球體顆粒堆積幾何模型信息，把所有球體中心的坐標進行整理形成二維矩陣，二維矩陣有三列，分別為球心的橫坐標、縱坐標和列坐標，矩陣中每一行代表一個球體的球體坐標，采用MATLAB中的Delaunay Triangulation函數作用該二維矩陣，即實現對球心點集的Delaunay四面體剖分；在二維情況下，矩陣只有兩列，分別為圓的橫坐標集和列坐標集，對矩陣作用Delaunay Triangulation函數以執行對圓心點集的Delaunay三角剖分；

其特征在于：

對球心點集執行Delaunay四面體剖分后，堆積模型被劃分為由多個四面體組成的集合，逐個確定集合中四面體的孔隙孔徑和孔隙體積的過程為：

經Delaunay四面體剖分后的顆粒堆積體系由相互獨立、互不重疊的多個四面體組成，其中每個四面體由頂角球體顆粒占據的固相以及孔隙相組成，孔隙相即為四面體減去四個頂角球體顆粒所占據固相的余相，四面體的孔隙相即為四面體孔隙，孔隙相對應的體積即為該四面體的孔隙體積；

四面體具有四個三角形表面，每個三角形表面由固相和孔隙相組成，其中表面固相為三個角點顆粒在表面上截交的扇形區域總和，表面孔隙相即為該四面體表面減去相應固相的余相；表面孔隙相是連接該四面體孔隙與其臨近四面體孔隙的通道最窄處的橫截面，即為咽喉橫截面；咽喉橫截面對應的內切圓的半徑即為四面體孔隙的吼徑，因一個四面體有四個表面，即一個四面體孔隙對應有四個咽喉橫截面和與四個咽喉橫截面一一對應的四個吼徑；當把四面體孔隙視為一個球形整體時，該球形整體對應的尺寸即為該四面體孔隙的孔體孔徑。