[发明专利]基于并行递进的多晶体内扰动随机孔隙模型构建方法

权利要求书

1.一种基于并行递进的多晶体内扰动随机孔隙模型构建方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤1：获取晶体材料的三维泰森多边形代表体元模型；

建立晶体材料的三维泰森多边形代表体元模型，将其划分为多个晶粒集合，得到多晶代表体元模型；

步骤2：根据多晶代表体元模型，获得的晶粒集合的单元信息和全部节点信息；

由于步骤1中的多晶代表体元模型包括大量的晶粒集合，而每一个晶粒集合又包含多个单元；根据晶粒集合的结构特点，提取每个晶粒集合的单元编号，并按照键与值对的形式导出和存储，具体表述形式如下：

M＝{[Gset[n]：E₁，…E_i，…]，…}

式中：M代表多晶代表体元模型；Gset代表晶粒集合；n代表晶粒集合的序号；E代表晶粒集合的单元；i表示单元编号；

每个晶粒的单元均由节点构成，提取单元对应的节点信息，同时根据上式提取的晶粒集合的单元信息，确定晶粒集合包含的全部节点信息，具体表述形式如下：

Gset[n]＝[N₁，…N_j，…]

式中：N代表节点；j代表节点编号；

步骤3：基于并行递进确定晶粒集合的内部节点信息；

将一晶粒集合包含的全部节点编号，与剩余晶粒集合的全部节点编号进行对照，若节点编号相同，即认为该节点共存两个晶粒集合，则该节点为晶粒集合间的公共节点，同时也是晶粒集合表面上的节点，具体表述形式如下：

B＝Gset[n]∩Gset[n+1]

式中：B代表晶界集合；

在此于大量的数值中进行选取，首先选取两个相邻的晶粒集合，由一个晶粒的节点信息与剩余晶粒集合内的所有节点信息对照；若节点同时存在于第二个晶粒集合内，将其节点存于界面列表中，同时将此节点在选取的两个晶粒集合中删除，确保唯一性，使得在与相邻晶粒对照中不再重复对比此节点，具体表述形式如下：

NGset[n]＝Gset[n]-B

式中：NGset代表除去界面节点的晶粒集合；

这样将节点信息的对照，筛选和分类同步进行，在大量的数值中快速的筛选出界面节点和集合的内部节点，节约大量的对照运算；通过并行递进的方法将步骤2建立晶粒集合中除去集合表面上的节点，确定晶粒集合的内部节点信息，以列表形式存储；

步骤4：确定需要去除的孔隙集合；

首先将整体模型分隔成体积为a×b×c的多个标准区域，使每个标准区域内包含最少4个完整的晶粒集合，避免选择的孔隙集合在晶粒内或整个晶粒集合成为孔隙；标准区域内依据中心的扰动参数r确定孔隙的位置；

步骤5：对去除孔隙后模型的单元信息和内部节点信息重新编号；

去除孔隙集合的单元信息，对模型的单元重新编号：根据步骤4选取的孔隙集合信息，删除孔隙集合内的单元；这样会导致模型内的单元编号不连续，以此来对剩余的单元进行编号重排，依据由小到大的顺序重新编排序号，但不更改晶粒集合信息和单元包含的节点信息；

去除孔隙集合的内部节点信息，对模型的节点重新编号：根据步骤4选取的孔隙集合信息，同时依据步骤3确定的集合的内部节点信息，删除孔隙集合内的节点；这样会导致节点编号不连续，以此来对剩余的节点进行编号重排，依据由小到大的顺序重新编排序号，但不更改包含节点的单元信息和节点包含的位置信息；

步骤6：建立晶体间的多孔隙模型；

根据步骤5重编的单元信息和内部节点信息，实现晶体间的多孔隙模型的构筑。

2.根据权利要求1所述的基于并行递进的多晶体内扰动随机孔隙模型构建方法，其特征在于，所述步骤1中的三维泰森多边形代表体元模型，仿照实际晶体材料，能够构建等轴晶粒模型和纤维晶粒模型。

3.根据权利要求1所述的基于并行递进的多晶体内扰动随机孔隙模型构建方法，其特征在于，所述步骤3中的将两个晶粒集合的交集节点在选取的两个晶粒集合中删除，使得在与相邻晶粒对照中不再重复对比此节点；将节点信息的对照，筛选和分类同步进行，并行递进的快速筛选出界面节点和晶粒集合的内部节点。

4.根据权利要求1所述的基于并行递进的多晶体内扰动随机孔隙模型构建方法，其特征在于，所述步骤4中的选取孔隙集合，将整体模型分隔，利用扰动参数r确定随机孔隙位置，避免直接随机选择导致孔隙相连导致大孔洞的产生；在标准区域内依据中心的扰动参数r确定孔隙的位置具体如下所示；

然后在所有标准区域中选取出孔隙所在的区域，然后在标准区域内依据中心的扰动参数r确定孔隙的位置，公式表示为：

式中：X₁、Y₁和Z₁分别表示孔隙所在的位置横、纵和垂直坐标；X₀、Y₀和Z₀分别表示标准区域的最小点的位置横、纵和垂直坐标；r表示扰动参数，取值采用0～1之间的随机数，由计算机自动生成；a、b和c表示标准区域立方体的长、宽和高；

完成从全部集合中随机选取孔隙集合，通过此扰动随机方法选择的孔隙避免的直接随机选择导致孔隙相连导致较大孔洞的产生，与实际的孔隙分布更为相似；

为使在模型空间内随机生成坐标位置呈现规则形状的分布状态，通过孔隙在横坐标方向、纵坐标方向和垂直坐标方向所占权重k，g和h，规则性选取需要去除的孔隙集合；此时，整体模型分隔成标准区域，孔隙形状满足如下所示的关系：

式中：X_m、Y_m和Z_m表示标准区域的中心位置横、纵和垂直坐标；k、g和h分别表示横、纵和垂直三个坐标方向的权重。