[发明专利]一种块体离散元数值模型外轮廓几何快速检索方法

说明书

本发明公开了一种块体离散元数值模型外轮廓几何快速检索方法，包括：获取待检索模型中块体的基本信息；将每个块体拆分为4倍单元数目的面元，利用预设的块体内网格检索方法得到所有块体的外表面面元，并基于块体材料编号为得到的块体外表面面元作标志；检索所有块体的外表面面元上的节点坐标，得到待检索模型整体的边界坐标，设置边界容差得到待检索模型的边界面元并分类；利用块间面元法向量与交点相对位置检索出块间面元；根据标志和分类结果，输出显示外表面面元、边界面元，舍弃块间面元，得到检索结果。本发明能够仅保留待检索模型的外轮廓几何，便于进行离散元边界条件的施加，提高离散元数值科研效率。

技术领域

本发明涉及一种块体离散元数值模型外轮廓几何快速检索方法，属于岩土工程离散元数值分析技术领域。

背景技术

块体离散元是研究岩石工程安全的重要工具，采用该方法进行科学计算与分析时，需要考虑应力、渗透等边界条件，这些条件多数需要施加在模型的外表面上。如果模型几何复杂，如何对这些需要施加边界条件的位置进行精准定位并准确施加是获取理想数值结果的重要基础。

由于块体离散元模型中，通常含有大量节理、裂隙等结构面存在，因此整体模型通常被划分为成千上万个独立块体，每个块体再划分为一系列四面体单元。如果是有限元、有限差分法模型，一般可采用共享面元检索找出边界面元来即可，如果对于单一的块体也可以采用该方法。

但存在大量块体时，模型外表面往往凹凸不平、呈现不规则变化，采用适用于连续数值模型的方法，除了外轮廓几何还包含大量的块体间面元，如能将这些块间面元去除，只保留外轮廓几何，是制约离散元模型使用效率的重要因素，一旦实现可方便的进行离散元边界条件的施加，可大大提高离散元数值科研效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种块体离散元数值模型外轮廓几何快速检索方法，能够不仅能够去除块体内部几何面元、块体间几何面元，保留待检索模型的外轮廓几何，便于进行离散元边界条件的施加，能够提高离散元数值科研效率。为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种块体离散元数值模型外轮廓几何快速检索方法，包括：

获取待检索模型中块体的基本信息，所述基本信息包括：块体数目、块体材料编号、每个块体的节点数目、每个块体的单元数目、每个块体内节点坐标及单元组成；

根据块体的单元组成将每个块体拆分为4倍块体单元数目的面元，利用预设的块体内网格检索方法得到所有块体的外表面面元，并基于块体材料编号为得到的块体外表面面元作标志；

检索所有块体的外表面面元上的节点坐标，得到待检索模型整体的边界坐标，设置边界容差得到待检索模型的边界面元并分类；

针对剩余的外表面面元，利用块间面元法向量与交点相对位置检索出块间面元，并基于块体材料编号为得到的块间面元作标志；

根据标志和分类结果，输出显示外表面面元、边界面元，舍弃块间面元，得到检索结果。

结合第一方面，进一步地，所述获取待检索模型中块体的基本信息，包括：

从已有离散元数值模型中提取待检索模型的块体数目NB、每个块体的材料编号，用整数表示并区分，则第i个块体的材料编号为mi；

提取NB个块体中每个块体的节点数目、单元数目、节点坐标(x,y,z)和单元组成(n1,n2,n3,n4)，则节点数目为npi，单元数目为nei；

初始化待检索模型单元数目NE的初值为0、待检索模型节点数目NP的初值为0；

对待检索模型中第i个块体中所有npi个节点循环，每个节点依次编号加1，将第i个块体单元组成的节点号替换为整体节点编号，直到对待检索模型中所有块体均完成节点循环；