[发明专利]一种颗粒材料的颗粒状态分析方法、装置及设备

权利要求书

1.一种颗粒材料的颗粒状态分析方法，其特征在于，所述颗粒材料的颗粒状态分析方法包括：

获取待分析的颗粒材料中的颗粒的几何形态，通过傅里叶级数表征所述颗粒材料的数学描述，所述数学描述包括颗粒形状描述符和颗粒位置描述符；

根据所述颗粒材料的数学描述，判断颗粒之间是否接触；

如果颗粒之间有接触，则根据所述颗粒材料的数学描述，计算颗粒之间的接触特征；

根据所述颗粒之间的接触特征，计算颗粒之间的接触力，根据所计算的接触力更新颗粒的运动状态；

根据所获取的颗粒当前的状态以及颗粒在下一时刻的状态，通过时间步的迭代，获取颗粒在一时间段的力学响应与状态演化；

所述根据所述颗粒材料的数学描述，判断颗粒之间是否接触的步骤包括：

对于任意两个颗粒p，q，其颗粒形心位置分别为C_p、C_q，点A_p是颗粒p上的任意一点，向量C_pA_p的极角为v，直线C_qA_p与颗粒q的表面相交于A_q，点A_p与点A_q的距离表示为其中L表示其下标两点之间的距离；

计算所述距离D的最小值，如果所述最小值小于或等于0，则颗粒p、q相接触；

所述计算所述距离D的最小值的步骤包括：

计算线段CqAp的长度：其中，点A_p的坐标表示为：角标p、q表示颗粒p和q，为傅里叶基函数，θ₀为颗粒的初始倾角，X_C、Y_C为颗粒形心位置的颗粒位置描述符；

计算线段C_qA_q的长度：其中，点Aq的坐标表示为：

根据线段C_qA_p和线段C_qA_q的长度，计算距离D为：通过牛顿迭代法计算所述距离的最小值。

2.根据权利要求1所述的颗粒材料的颗粒状态分析方法，其特征在于，所述获取待分析的颗粒材料中的颗粒的几何形态，通过傅里叶级数表征所述颗粒材料的数学描述，所述数学描述包括颗粒形状描述符和颗粒位置描述符的步骤包括：

在局部坐标系中，颗粒表面上的任何点通过其相对于原点的极半径r和相对于x轴的极角θ来确定，将颗粒表面上的任何点A的局部坐标(x_a，y_a)可表示为x_a＝rcosθ，y_a＝rsinθ；

将极半径r通过傅里叶展开的方式表示为：其中，a₀，a_n，b_n为颗粒形态描述符，N为傅里叶级数；

在全局坐标系中，颗粒表面上的任何点位置表示为X_A＝X_C+r(θ)cosθ，Y_A＝Y_C+r(θ)sinθ，其中，X_C、Y_C为颗粒形心位置的颗粒位置描述符。

3.根据权利要求1所述的颗粒材料的颗粒状态分析方法，其特征在于，所述根据所述颗粒材料的数学描述，计算颗粒之间的接触特征的步骤包括：

根据计算的距离确定两个颗粒的表面的接触点；

根据所述接触点确定所述接触点对应的接触中心；

根据所述接触中心确定接触分支向量，所述接触分支向量即为接触中心指向颗粒形心的向量；

获取所述接触点的法向和切向，根据通过所述接触中心、方向为接触法向的直线与两个颗粒表面轮廓的交点，确定接触重叠点；

根据所述接触重叠点之间的距离计算接触重叠量；

计算接触相对切向位移变化量Δδ_t＝v_tΔt，其中，为相对切向速度，v为颗粒的速度，w为颗粒的角速度，l_n为接触分支向量长度，上标p、q指示颗粒p和q，且颗粒的状态包括位置、倾角、速度和角速度，颗粒的速度、角速度由颗粒当前的状态决定。