[发明专利]一种复杂块石的闵可夫斯基和几何形体生成方法及系统

说明书

本发明公开了一种复杂块石的闵可夫斯基和几何形体生成方法及系统，涉及工程材料土石混合物模拟参数研究技术领域，包括：根据预设的块石信息生成所有的复杂块石模型；向外扩展块石模型，得到闵可夫斯基和几何形体；读取闵可夫斯基和几何形体的节点和三角面信息，修复几何形体，得到修复后的模型；重新划分网格，优化修复后的模型，得到复杂块石的高质量闵可夫斯基和几何形体。本发明能够更快速高效地生成复杂块石的闵可夫斯基和几何形体，并解决了可能出现的不封闭的情况，通过后续重新划分网格得到具有良好均匀性的模型，可用于后续有限元模拟，提高相关数值模拟的准确度。

技术领域

本发明涉及工程材料土石混合物模拟参数研究技术领域，更具体的说是涉及一种复杂块石的闵可夫斯基和几何形体生成方法及系统。

背景技术

目前，通过数值方法研究土石混合物的力学参数，可以很好的克服现实试验参数研究中试样变形、砂浆与块石离析、尺寸存在误差等问题。然而，数值方法类的研究存在一个无可避免的问题：模型建立问题，即根据试样内部参数(如：土石混合物中的块石级配、块石的形状、块石的分布情况、块石之间最小间距等)生成符合数值试验要求的数值模型试块。

通过有限单元法来模拟块石碰撞生成土石混合物块石模型是一种高效的方法，在进行块石模拟碰撞时，需要对模拟的模型添加闵可夫斯基和，以此来保证块石间的最小间距，但是将块石模型向外扩展时存在一些问题：当块石模型较为复杂时，扩展后的网格模型会出现不封闭以及网格质量很差不能准确进行模拟的问题。

因此，如何提供一种复杂块石的闵可夫斯基和几何形体生成方法及系统是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种复杂块石的闵可夫斯基和几何形体生成方法及系统，解决现有技术中无法快速生成复杂块石闵可夫斯基和几何形体以及生成的模型网格质量不达标的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种复杂块石的闵可夫斯基和几何形体生成方法，具体包括以下步骤：

步骤1：根据预设的块石信息生成所有的复杂块石模型；

步骤2：向外扩展所述块石模型，得到闵可夫斯基和几何形体；

步骤3：读取所述闵可夫斯基和几何形体的节点和三角面信息，修复所述几何形体，得到修复后的模型；

步骤4：重新划分网格，优化所述修复后的模型，得到复杂块石的高质量闵可夫斯基和几何形体。

优选的，步骤1中，所述预设的块石信息包括：各块石粒径区间、块石长短轴径比信息、块石半径波动参数和块石角度波动参数；

根据级配曲线划分不同的块石粒径区间；根据块石粒径区间占比控制对应区间内块石粒径的体积与总块石体积的比值；

根据所述块石半径波动参数和所述块石角度波动参数控制块石均匀性；

根据所述块石长短轴径比将生成后的块石沿着Z轴伸长相应的比例，用于模仿长径块石。

根据所述块石半径波动参数和所述块石角度波动参数控制块石均匀性；

优选的，步骤2中，所述向外扩展所述块石模型的具体过程包括：采用闵可夫斯基和算法，以各个块石模型每个面的法向量向块石外部扩展距离d，得到闵可夫斯基和几何形体每个面的法向量及块石节点坐标信息；其中，d＝D/2，D表示相邻块石之间最小间距。

优选的，步骤3中，所述修复所述几何形体，包括：调用Python里的pymeshfix库修复扩展后的块石模型中的不封闭面。

优选的，步骤4中，优化所述修复后的模型包括：对所述修复后的模型设定更多的节点个数和三角面个数，重新划分网格；使得重新划分后的网格模型具有良好的均匀性，最后得到复杂块石高质量闵可夫斯基和几何形体。