[发明专利]非均匀颗粒离散单元快速线性接触检测方法

说明书

本发明公开了一种非均匀颗粒离散单元快速线性接触检测方法，基于NBS方法，根据颗粒尺寸大小对所有颗粒排序分组，然后分多步，分别将每一组的颗粒和其他颗粒进行接触检测。最终实现所有颗粒之间的接触检测；本方法的优点在于，改进了NBS方法，解决了原方法不能适用于非均匀颗粒体系的问题，在保证检测速度的同时，极大地提高了检测的准确性。

技术领域

本发明属于离散元数值模拟领域，具体涉及一种非均匀颗粒离散单元快速线性接触检测方法。

背景技术

目前结构计算分析主要有三类方法：有限元、离散元、边界元。其中离散元是一种新兴的结构计算分析方法，是由美国学者Cundall P.A.教授基于分子动力学原理首次提出的一种颗粒离散体分析方法，是一种显示求解的数值方法。在应用离散元进行数值模拟的过程中，以体系中的每一个颗粒作为离散单元建立数学模型，并且给每个离散单元赋以形状和物理性质，如质量、刚度和阻尼等，并且根据各颗粒之间的相互作用推导出颗粒体系整体的状态。基于此原理，离散元法在解决非均质、不连续和大变形这三个方面的问题上有着显著的优势。因此离散元数值模拟在岩土、矿冶、农业、食品、化工、制药和环境等领域有广泛地应用，例如料仓卸料过程的模拟；颗粒混合过程的模拟；岩石边坡矿井的稳定性分析；地震、爆炸等动力过程的研究等。

离散元数值模拟计算主要包括两个部分，一是确定每个颗粒与其他颗粒的接触关系，进而确定颗粒之间的相互作用；二是根据颗粒之间的相互作用预测颗粒在下一个时段的状态，包括位置、速度和旋转等。其中，确定每个颗粒与其他颗粒的接触关系即接触检测，是一个十分复杂的过程，一般方法中检测时间随着颗粒数量的增加而呈现指数增长，并且只能检测相似颗粒之间的接触。因此接触检测方法的效率与适用范围直接决定了离散元数值模拟能否得到大规模的应用。

目前的接触检测方法包括二叉树方法和分区检索等。其中属于分区检索的NBS方法的效率较高，实现了检测时间与颗粒总数呈线性关系，即时间增长的倍数和数量增长倍数相同，同时对于内存的占用较小，可以用来模拟大规模颗粒体系。具体可以参考文献Munjiza A,Andrews K R F.NBS contact detection algorithm for bodies of similarsize[J].International Journal for Numerical Methods in Engineering,1998,43(1):131-149.

但是这种方法的问题在于只适用于尺寸相似的均匀颗粒体系。在不均匀颗粒体系中，该方法的无法应用。

发明内容

发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种检测准确性高的非均匀颗粒离散单元快速线性接触检测方法。

技术方案：所述的非均匀颗粒离散单元快速线性接触检测方法，所述方法步骤如下：

步骤1，根据颗粒的粒径将所有颗粒从大到小排序并分成n组；

步骤2，将第1组中的颗粒与第1到第n组中的颗粒进行接触检测；

步骤3，将第1组颗粒从总体中去除，将第2组中的颗粒与第2到第n组中的颗粒进行接触检测；

步骤4，将第1组和第2组颗粒从总体中去除，将第3组中的颗粒与第3到第n组中的颗粒进行接触检测；

步骤5，依照步骤4类推，将已经进行过检测的颗粒组从总体中去除，进行下一组颗粒与剩余颗粒的检测，直至第n组颗粒与第n组中所有颗粒进行接触检测。

具体地，所述步骤1中根据颗粒的粒径将颗粒分成n组的具体步骤如下：

步骤A、设第1组中的颗粒的粒径为d₁，则d₁的范围为D≤d₁<D/α；