[發明專利]一種二維高體積分數土石混合材料幾何模型的生成方法

在審

• 申請號: 202111160413.2
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN114048663A
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 孟慶祥;孫翔;任大忠;朱淳;崔志浩;錢坤
• 申請（專利權）人: 河海大學;西安石油大學
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25;G06F119/14
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種二維高體積分數土石混合材料幾何模型的生成方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)根據級配信息生成所有的粒子；

(2)基于閔可夫斯基和理論對粒子進行向外延伸處理，把處理后的顆粒坐標數據導入離散元軟件中，用簇代替粒子并設置指定的域和邊界條件；

(3)在線性接觸模型中進行DEM模擬，根據DEM結果獲取粒子的位移旋轉；

(4)基于粒子的初始位置坐標以及旋轉位移情況定位出粒子的最終分布，利用邊界定位算法篩選出位于邊界的粒子，并在其所在邊界所不相交的邊界上復制產生同樣的粒子，生成最終的土石混合材料幾何模型。

2.根據權利要求1所述的一種二維高體積分數土石混合材料幾何模型的生成方法，其特征在于，所述步驟(1)實現過程如下：

在預設坐標區域內隨機產生自定義顆粒級配和體積分數的顆粒；所述隨機產生自定義顆粒采用蒙特卡洛模擬，顆粒形狀為多邊形，生成方法是以(0,0)為圓心，指定角度和半徑在圓周上選取自定義個數個頂點，按照次序進行連接；所述隨機產生自定義顆粒方法是在放置一個粒子之前，根據指定的間隔距離dt計算所有可能的位置；當一個粒子被放置時，集合中的點將被移除，位置將被更新。

3.根據權利要求1所述的一種二維高體積分數土石混合材料幾何模型的生成方法，其特征在于，步驟(2)所述基于閔可夫斯基和理論對粒子進行向外延伸處理實現過程如下：

基于閔可夫斯基和理論實現了粒子生成后的厚度偏移操作，點集A和B的閔可夫斯基和確定為：

厚度偏移操作是基于投放后顆粒的頂點位置坐標，通過設置不同圓盤半徑控制，向外偏移后增加多個頂點，使顆粒增加一個外殼，通過設置不同的圓盤半徑，靈活控制骨料之間的最小間隙。

4.根據權利要求1所述的一種二維高體積分數土石混合材料幾何模型的生成方法，其特征在于，步驟(2)所述的邊界條件包括周期邊界和剛性邊界；周期性建模應用周期邊界條件，當簇質心落在模型域之外時，簇被轉換回模型的另一邊。

5.根據權利要求1所述的一種二維高體積分數土石混合材料幾何模型的生成方法，其特征在于，所述步驟(3)實現過程如下：

在DEM打包之前記錄束的質心；在完成DEM模擬后，獲得每個束的位移和旋轉；根據平移和旋轉變換計算骨料的幾何結構；對于束的接觸，采用具有法向剛度和切向剛度的線性模型；法向和剪切方向的接觸力為：

式中，F_iⁿ為法向接觸力，Kⁿ為法向割線接觸剛度，Uⁿ為總法向位移，n_i為單位法向量，△F_i^s為剪應力增量，k_s為剪切剛度，為剪切位移增量；

摩擦參數會影響簇的旋轉，在模擬中設置為0；如果簇沿一定方向分布，則簇的旋轉是固定的。

6.根據權利要求1所述的一種二維高體積分數土石混合材料幾何模型的生成方法，其特征在于，步驟(4)所述的粒子的最終分布包括多邊形各頂點相對于(0,0)的X,Y坐標和頂點順序。