[发明专利]集料三维形态离散元生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及沥青混合料三维离散元仿真技术，尤其涉及一种集料三维形态离散元生产方法。

背景技术

使用离散元方法模拟集料或者沥青混合料的力学性能时，首先需要在离散元程序中重构集料的三维形态。集料的形态特征对集料和沥青混合料的力学行为具有重要影响。因此，准确模拟集料的三维形态非常重要。使用图像处理和X射线扫描技术可以准确重构集料的三维形态。但是，这种方法依赖于实验室设备。在实际操作过程中，需要准备集料或沥青混合料试样。当需要生成不同类型的集料或者沥青混合料的离散元试件时，这种方法不但耗时并且成本很高。在离散元程序中随机生成三维集料的方法可以解决这些问题。但现有的集料随机生成方法只能生成理想化的集料颗粒，无法与实际集料建立联系。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于实际集料三维形态数据的集料三维形态离散元生产方法，利于准确模拟集料或者沥青混合料的力学性能。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

集料三维形态离散元生成方法，将集料颗粒设定为由若干等粒径的球体规则排列若干层后形成的六面体、五面体或四面体，并且所述六面体、五面体或四面体中至少有三条边相互垂直，并且所述三条边具有一个共同的端点，以所述三条边的长度表征所述集料颗粒的三维尺寸特征，以包含所述三条边的三个垂直面中的三个角度表征所述集料颗粒的棱角特征。

将六面体作为一种基本结构来说，所述六面体至少有一对相互平行的面，所述相互平行的一对面中的一个面的两条边为所述三条相互垂直的边中的两条，所述三条相互垂直的边中的另一条两端分别连接所述相互平行的一对面；所述相互平行的一对面中，至少有一个面中的一条边与另一个面中的一条边平行。

将五面体和四面体作为六面体的特殊情况进行处理，所述五面体或四面体，包含三条相互垂直的边的三个面中，有一个、两个或者全部为三角形。

具体的，根据实际集料颗粒三维尺寸的均值和标准差、按照正态分布计算所述三条边的长度值，根据实际集料颗粒所有面中最大角度的均值和标准差、按照正态分布计算所述三个角度的角度值。

具体的，所述等粒径的球体规则排列的层数，由所述三条边中的表示高的边的长度除以球体直径后取整得到；所述每一层中球体的行数和列数由所述三个垂直面的控制边长和控制角度计算获得。

有益效果：本发明提供的集料三维形态离散元生成方法，基于实际集料的三维形态统计数据，按照正态分布随机选择集料的尺寸和棱角参数，可以模拟集料颗粒的真实形状、尺寸和棱角，与实际集料建立联系。

附图说明

图1为六面体的集料颗粒示意图；

图2为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

集料三维形态离散元生成方法，将集料颗粒设定为由若干等粒径的球体规则排列若干层后形成的六面体、五面体或四面体，并且所述六面体、五面体或四面体中至少有三条边相互垂直，并且所述三条边具有一个共同的端点，以所述三条边的长度表征所述集料颗粒的三维尺寸特征，以包含所述三条边的三个垂直面中的三个角度表征所述集料颗粒的棱角特征。

将六面体作为一种基本结构来说，所述六面体至少有一对相互平行的面，所述相互平行的一对面中的一个面的两条边为所述三条相互垂直的边中的两条，所述三条相互垂直的边中的另一条两端分别连接所述相互平行的一对面；所述相互平行的一对面中，至少有一个面中的一条边与另一个面中的一条边平行。

将五面体和四面体作为六面体的特殊情况进行处理，所述五面体或四面体，包含三条相互垂直的边的三个面中，有一个、两个或者全部为三角形。

具体的，根据实际集料颗粒三维尺寸的均值和标准差、按照正态分布计算所述三条边的长度值，根据实际集料颗粒所有面中最大角度的均值和标准差、按照正态分布计算所述三个角度的角度值。

具体的，所述等粒径的球体规则排列的层数，由所述三条边中的表示高的边的长度除以球体直径后取整得到；所述每一层中球体的行数和列数由所述三个垂直面的控制边长和控制角度计算获得。

结合图1，本案对集料颗粒进行了如下假定：

（1）集料颗粒为由若干等粒径的球体规则排列若干层后形成的六面体、五面体或四面体；

（2）对六面体的集料颗粒具体做出如下假定：

(a)至少有一对相互平行的面，如图1中的面ABCD和面EFGH；