[发明专利]一种高致密度离散颗粒多相体系的建模方法

权利要求书

1.一种高致密度离散颗粒多相体系的建模方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)拟定模型的轮廓形状和尺寸，即确定建模空间及其边界；

(2)根据预定的级配，拟定各尺寸范围内的颗粒的体积和，即设定i～j尺寸范围内的颗粒相的体积和为V_(i-j)；

(3)在所述建模空间内，随机获得在i×α～j×α尺寸范围内的若干个颗粒模型，其中，α<1，使各个颗粒模型的体积和为V_(i-j)×β，各个颗粒均与周围的颗粒之间不发生干涉，由此获了i～j尺寸范围内的各颗粒的紧缩模型；

(4)重复步骤(3)，生成所有尺寸范围内的颗粒的紧缩模型；

(5)在步骤(1)中所述的建模空间中，将步骤(4)中各颗粒的紧缩模型进行体积膨胀，即将各颗粒的紧缩模型的尺寸放大1/α倍，体积也随之放大1/β倍，从而将各颗粒的紧缩模型膨胀至符合步骤(2)中预定级配的正常尺寸模型，此时得到的颗粒分布模型即为所求的高致密度颗粒结构模型；

其中，步骤(5)中，各颗粒紧缩模型的膨胀方法，包括如下步骤：

a、将步骤(1)中建模空间的边界划分有限元网格，模型边界为与温度无关的刚性材料，模型边界划分为实体元或壳单元；

b、将步骤(4)中所述的颗粒划分有限元网格，颗粒为热弹性材料或热弹塑性材料，将各个颗粒模型划分为实体单元；

c、定义颗粒之间以及颗粒与建模空间的边界之间的接触方式为面-面接触，或点-面接触，或点-点接触，使之不发生相互穿透；

d、用有限元方法，对颗粒施加温度或热流载荷，使之产生热膨胀；热膨胀1/α倍后，尺寸由为i×α～j×α的颗粒变为尺寸i～j，各颗粒的体积和也随之膨胀1/β倍，由V_(i-j)×β变为V_(i-j)。

2.如权利要求1所述的建模方法，其特征是：所述高致密度离散颗粒多相体系为颗粒增强复合材料、软物质系颗粒材料、颗粒堆积材料或短纤维增强复合材料。

3.如权利要求1所述的建模方法，其特征是：步骤b中，颗粒为热弹性材料。

4.如权利要求1所述的建模方法，其特征是：步骤(1)～(3)中，i×α～j×α尺寸范围内的若干个颗粒模型的获得方法，包括如下步骤：

a、在所述建模空间内，随机产生一个点，以该点为中心，生成一个直径在i×α～j×α尺寸范围内的球；

b、判断步骤a中所生成的球是否与周围已生成的颗粒发生干涉，若发生干涉，则删除已生成的球，并重复步骤a；

c、在球内生成内接多面体，任选该多面体的几个顶点，使之沿球的半径方向内移，形成内凹和外凸的表面，以得到逼近真实颗粒形状的颗粒模型；

d、判断所生成的颗粒是否与模型边界发生干涉，若发生干涉，则删除颗粒在模型边界外的部分；

e、计算步骤d中得到的颗粒模型的体积；

f、重复步骤a～e，将得到的各个颗粒模型的体积求和，得到ΣV；

g、判断ΣV是否达到V_(i-j)×β，若不是，则重复步骤a～f；

其中，步骤a中，生成的球的形状为球形或椭球型或其他类似球形的形状；

如果颗粒的形状能够直接用数学方程描述，则在上述步骤a～c中，直接通过数学方程生成颗粒模型，并省略步骤c。

5.如权利要求1所述的建模方法，其特征是：将颗粒之间的空隙作为第二相，并由此生成多相模型。

6.如权利要求1所述的建模方法，其特征是：步骤(3)中，α＝0.5～0.9，β＝α³。

7.如权利要求1所述的建模方法，其特征是：步骤(5)中，各颗粒紧缩模型的膨胀方法，能够通过离散元数值方法进行求解。

8.权利要求1～7中任一项所述的建模方法在二维细观结构建模上的应用，其特征是：将所述建模方法中的体积用面积代替，将在随机点生成的球用圆代替，将内接多面体用圆内接多边形代替，β＝α²。

9.权利要求1～7中任一项所述的建模方法在纤维增强复合材料建模上的应用，其特征是：将所述建模方法中随机点生成的球用柱代替，并由柱生成纤维模型。