[发明专利]离散元法中用于表示非匀质材料的键模型

权利要求书

1.一种在用于数值模拟非匀质材料的行为的离散元法中提供键模型的方法，其特征在于，所述方法包括：

在其上安装有应用模块的计算机系统中接收表示由非匀质材料制成的物理域的多个离散微粒的定义，所述定义包括每个离散微粒的初始位置、体积、质量密度、体积模量和剪切模量；

赋予影响范围，以建立所述每个离散微粒的影响域；

建立用于连接所述离散微粒的多个键，其中每个所述键都被分为第一和第二子键，所述第一子键连接到第一个离散微粒，所述第二子键连接到第二个离散微粒，所述第一个和第二个离散微粒位于所述影响范围内，因此，所述每个离散微粒连接到一个或多个子键；

根据体积分割方案，将所述每个离散微粒的体积分割到所述一个或者多个子键，使得所述一个或多个子键被赋予包括长度和横截面面积的特性；以及

通过使用所述应用模块、根据离散元法对具有所述被赋予的特性的所述多个键执行时间推进模拟，获得物理域内的数值模拟的物理现象。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得数值模拟的物理现象进一步包括：

在时间推进模拟的当前求解周期，使用从前一求解周期获得的所述每个键的更新的方位和更新的长度、以及所述第一个和第二个离散微粒的速度，来计算所述每个键的位移梯度率；

通过所述位移梯度率计算角速度和应变率；

根据响应转换方案，将所述每个键的角速度和应变率转换为所述每个离散微粒处的角速度和应变率；以及

从所述每个离散微粒处的角速度和应变率计算应力和对应的反作用力，以获得所述每个离散微粒的新位置和速度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述体积分割方案包括基于所述离散微粒的各个初始位置和体积确定所述每个离散微粒的总的影响权重和所述一个或多个子键的各个单独的影响权重。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述更新的方位和更新的长度根据所述第一个和所述第二个离散微粒的更新的位置确定。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述应变率包括体积应变率和偏应变率。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述响应转换方案包括使用所述第一个和所述第二个离散微粒的各体积模量和剪切模量，将所述每个键的所述角速度和所述应变率分割到所述第一和所述第二子键。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述响应转换方案还包括使用加权和方案将所述一个或多个子键的所述角速度和所述应变率组合到所述每个离散微粒，所述加权和方案使用所述总的影响权重和所述各个单独的影响权重。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括使用从所述第一个和所述第二个离散微粒处的反作用力以及各个所述当前速度得到的工作率、和预定的断裂能量释放率确定所述每个键是否失效。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非匀质材料包括混凝土。

10.一种在用于数值模拟非匀质材料的行为的离散元法中提供键模型的系统，其特征在于，所述系统包括：

主存储器，用于存储应用模块的计算机可读代码；

与所述主存储器相连的至少一个处理器，所述至少一个处理器执行所述主存储器中的计算机可读代码，使得所述应用模块执行以下操作：

接收表示由非匀质材料制成的物理域的多个离散微粒的定义，所述定义包括每个离散微粒的初始位置、体积、质量密度、体积模量和剪切模量；

赋予影响范围，以建立所述每个离散微粒的影响域；

建立用于连接所述离散微粒的多个键，其中每个所述键都被分为第一和第二子键，所述第一子键连接到第一个离散微粒，所述第二子键连接到第二个离散微粒，所述第一个和第二个离散微粒位于所述影响范围内，因此，所述每个离散微粒连接到一个或多个子键；

根据体积分割方案，将所述每个离散微粒的体积分割到所述一个或者多个子键，使得所述一个或多个子键被赋予包括长度和横截面面积的特性；以及

通过使用所述应用模块、根据离散元法对具有所述被赋予的特性的所述多个键执行时间推进模拟，获得物理域内的数值模拟的物理现象。