[发明专利]堆石混凝土堆石体堆积过程的计算方法和系统

权利要求书

1.一种堆石混凝土浇筑过程中堆石块的堆积过程及最终堆积形态的计算方法，其特征在于，包括：

建立堆石块初始状态的三维模型，所述堆石块包括一定数量的块石体；所述三维模型是根据所述块石体的大小、形状以及数量参数形成的所述块石体的集合；

根据有限元/离散元耦合分析方法分析所述三维模型的堆积过程及最终堆积形态；

所述根据有限元/离散元耦合分析方法分析所述三维模型的堆积过程及最终堆积形态，具体为：

根据有限元分析法获得三维模型中每个块石体连续介质力学行为；

根据离散元分析法获得三维模型中块石体间的非连续介质力学行为；

将三维模型中所有块石体的连续介质力学行为和非连续介质力学行为代入三维模型的动力平衡方程，获得三维模型的堆积运动过程以及最终堆积形态；

所述连续介质力学行为包括：网格单元的节点变形引起的内力向量、网格单元的节点的外力向量以及质量矩阵；

相应地，所述根据有限元分析法获得三维模型中每个块石体的连续介质力学行为，具体为：

对所述三维模型进行网格划分，获得由网格单元构成的有限元模型；

根据网格单元体积、标准型函数以及柯西应力张量获得所述内力向量；

根据网格单元未变形时的体积、与该网格单元未变形时的体积对应的密度、以及所述标准型函数获得所述质量矩阵；

根据块石体的体力、面力以及单元表面积，获得所述外力向量；

所述非连续介质力学行为包括：块石体间的接触力；

相应地，所述根据离散元分析法获得三维模型中块石体间的非连续介质力学行为，具体为：

通过非二叉树搜索接触算法获得三维模型中的接触体和目标体；

根据公式：获得接触体和目标体之间的法向接触力；其中，i表示第i个接触体的有限单元，j表示第j个目标体的有限单元；β_ci和β_tj分别表示第i个接触体和第j个目标体，m和n分别表示用于离散接触体和目标体的有限单元数目，表示第i个接触体的接触势，表示第j个目标体的接触势，S表示相互嵌入部分的边界，n表示该边界的外法线方向矢量；

根据公式：获得接触体和目标体之间的切向接触力；其中k_t为切向刚度，η_t为切向粘性阻尼系数，d_t和v_t分别表示切向相对位移和相对速度；

若判断其中，μ为摩擦系数，则根据库伦摩擦定律，重新根据公式计算所述切向接触力；

根据法向接触力和切向接触力的矢量和作为所述接触力。

2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述建立堆石块初始状态的三维模型，具体为：

使用三维建模软件根据堆石块的预先确定的参数，建立三维模型；或者

对所述块石体外形轮廓进行3D扫描形成输入数据输入至三维建模软件中，建立三维模型。

3.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述三维模型的动力平衡方程，具体为：

Mx”+Cx’+f^int＝f^c+f^ext

x＝X+u

其中，M,C分别表示质量矩阵和阻尼矩阵，f^int表示变形引起的内力向量，f^c表示接触力，f^ext表示除接触力外的所有外力向量，x”和x’分别表示有限元节点的加速度和速度，X为有限元节点的初始位置向量，u为有限元节点的位移向量。