[发明专利]重构多组分复合材料的离散元建模方法及应用

权利要求书

1.一种重构多组分复合材料的离散元建模方法，其特征在于，所述离散元建模方法包括：

S1，采用CT扫描技术获取待重构多组分复合材料的图像，并对所述图像进行处理获得组成所述多组分复合材料的颗粒；

S2，对所述颗粒进行SEM扫描获得组成所述颗粒的晶体的形貌，不同组分具有不同的晶体形貌和晶体含量，针对不同的晶体形貌生成对应的晶体模板；

S3，基于所述颗粒的形貌重构所述颗粒的表面网格，并以重构的表面网格的几何中心为中心生成包围所述表面网格的球体；

S4，在所述球体内生成与所述颗粒内晶体形貌对应且含量相同的晶体模板，将每一晶体模板内晶胞之间的连接设置为平行粘结接触；

S5，获取每一所述晶体模板的顶点信息并存储于对应数组中，则多个晶体模板对应多个数组；

S6，在所述球体内重新填充多个球单元，对于每一球单元将球单元上与数组中数据最接近的点定义为顶点，以所述顶点为一个顶点并分别以所述晶体模板上一个面上的顶点为其他顶点组成新的立方体，则组成与所述晶体模板的面数相同的立方体，若所述晶体模板的体积V与新生成的多个立方体的体积和的商小于预设值，则保留该球单元，否则删除该球单元，将所述球单元与球单元以及球单元与晶体模板之间设置为平行粘结键；

S7，以所述颗粒的形貌为目标对步骤S6中的结构进行压缩得到重构的颗粒，依此方式重构组成所述多组分复合材料的所有颗粒，然后将获得的所有颗粒自然堆积即获得重构的多组分复合材料。

2.根据权利要求1所述的离散元建模方法，其特征在于，所述预设值为0.72。

3.根据权利要求1所述的离散元建模方法，其特征在于，步骤S2中基于所述颗粒的晶体的形貌，将所述晶体的外轮廓边界离散化为多个三角形单元，并输入至PFC^3D中生成对应的晶体边界，并在边界内以六方最密堆积晶胞的方式生成所述晶体模板。

4.根据权利要求2所述的离散元建模方法，其特征在于，步骤S4还包括：

S41，对晶体模板填充后的球体进行初步压制，使得所述球体内晶体模板的总体积与球体的体积比在预设范围内；

S42，将压制后的晶体模板内部的晶胞的连接设置为平行粘结接触，不同晶体模板之间的连接设置为线性接触；

S43，删除线性接触力大于预设应力的晶胞。

5.根据权利要求4所述的离散元建模方法，其特征在于，所述预设范围为70％～85％，所述预设应力为1N。

6.根据权利要求4所述的离散元建模方法，其特征在于，步骤S41初步压制后还包括将晶体模板之间的接触力清零；

步骤S43中采用随机算法删除线性接触力大于预设应力的晶胞。

7.根据权利要求1所述的离散元建模方法，其特征在于，步骤S1中所述对所述图像进行处理包括：

S11，采用中值滤波对所述图像进行降噪；

S12，采用自动阈值获得二值化CT图像；

S13，采用内置分水岭算法获得颗粒之间相互独立的CT图像。

8.根据权利要求7所述的离散元建模方法，其特征在于，步骤S3中采用球谐函数重构所述颗粒的表面网格。

9.根据权利要求3所述的离散元建模方法，其特征在于，所述方法还包括：

采用颗粒压碎试验对所述待重构多组分复合材料进行压碎获得试验结果，将步骤S7得到的重构的多组分复合材料模型进行压碎模拟获得模拟结果，若二者误差大于预设阈值则调整所述重构过程中的晶胞大小、平行粘结强度、线性接触摩擦系数、晶胞的法向刚度、晶胞的切向刚度中的一种或几种。

10.一种权利要求1～9任意一项所述离散元建模方法的应用，其特征在于，将所述方法用于土石混合体的重构。