[发明专利]二维随机裂隙网格生成方法

说明书

本发明提供一种二维随机裂隙网格生成方法，能够有效模拟真实裂隙形态，该方法包括：步骤1.根据模拟对象的实际情况，确定模拟区域的长和宽；步骤2.根据模拟对象的实际情况，确定裂隙宽度，并利用正三角形网格划分整个模拟区域，设置模拟区域长边上网格数量；步骤3.根据模拟对象的实际情况，确定最大迭代步数、以及裂隙条数；最大迭代步数应根据实际裂隙长度进行确定，每进行一次迭代计算，裂隙会向两端发展一个网格边长的长度，计算最大裂隙长度；步骤4.利用Matlab编程在模拟区域产生初始断裂点；步骤5.在初始断裂点的基础上进行迭代计算，设置裂隙向不同方向发展的概率模拟裂隙的发育过程；步骤6.生成裂隙模型。

技术领域

本发明属于材料随机裂隙生成技术领域，具体涉及一种二维随机裂隙网格生成方法。

技术背景

裂隙广泛存在于各种材料中，裂隙会显著降低材料的强度和刚度并增加其渗透性，可能会导致严重的工程安全问题。为了预测裂隙对于工程安全及破坏模式的影响，工程中常使用数值模拟方法进行设计，传统的确定性裂隙建模方法是在数值模型的关键位置设置几条直线或平面裂隙结构，但是该方法无法准确描述真实裂隙的形态和位置。离散元方法、CT扫描图像处理等方法是当前常用的随机裂隙生成方法，但是受限于计算能力、样品尺寸等问题，无法进行大尺度场地上随机裂隙的模拟。与此同时，由于裂隙会影响材料的失效模式，如果不考虑裂隙的存在或仅将材料强度进行整体折减，往往会低估裂隙对于结构体安全的影响。因此，如何模拟工程中真实裂隙形态并进行数值计算是当前亟待解决的问题。

另外，裂隙的发展不是完全随机的，由于裂隙尖端会产生应力集中现象，裂隙将沿裂隙尖端继续发展。并且因为材料性质或受力不均匀，裂隙在发育过程中会在一定范围内偏转，从而导致裂隙形态并非是直线。因此，人为假定的直线裂隙与真实裂隙形态相差较大。而解决这些问题的基础和关键是寻找一种高效的随机裂隙网络生成方法，生成的裂隙模型应当可以应用于复杂的数值计算中，可为工程设计提供一定的参考。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种能够模拟真实裂隙形态，并具有较高计算效率的二维随机裂隙网格生成方法。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

如图1所示，本发明提供一种二维随机裂隙网格生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.根据模拟对象的实际情况，确定模拟区域的长L_a和宽W_a；

步骤2.根据模拟对象的实际情况，确定裂隙宽度w_c，并利用正三角形网格划分整个模拟区域，设置模拟区域长边上网格数量n_gb；

步骤3.根据模拟对象的实际情况，确定最大迭代步数n_t、以及裂隙条数f_b；

最大迭代步数应根据实际裂隙长度进行确定，每进行一次迭代计算，裂隙会向两端发展一个网格边长的长度，采用下式1计算最大裂隙长度l_c,max：

l_c，max＝(2n_,+1)a (1)

a为正三角形网格的边长，计算公式为：

当裂隙发展至模拟区域边界处或其迭代步数达到n_t时，停止继续发展；

步骤4.利用Matlab编程在模拟区域产生初始断裂点；包括以下子步骤：

步骤4-1.将网格所有节点的X,Y坐标分别存储进m×n的矩阵中，其中n为节点的最大列数，表示为

n＝n_gb+l (3)