[发明专利]一种砂条表面形貌仿真方法

权利要求书

1.一种砂条表面形貌仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：生成多面体磨粒；

步骤S2：根据砂条磨粒粒度确定多面体磨粒大小；

步骤S3：计算仿真空间内的磨粒数量；

步骤S4：利用离散元方法进行搅拌仿真，从仿真结果中提取磨粒相对位置；

步骤S5：利用平面对空间内的磨粒进行采样，获得平面上的磨粒，对磨粒凸出平面的部分进行离散；

步骤S6：利用曲面削去磨粒凸出尖端，模拟磨粒磨损。

2.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述的多面体磨粒为泰森多面体磨粒。

3.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述的步骤S1是通过泰森多面体磨粒生成方法实现的，所述的泰森多面体磨粒生成方法具体为：在设定区域内生成设定数量的随机点，以这些随机点为基础生成泰森多面体；进一步将生成的多面体中二面角较小的相邻面合并，获得所述泰森多面体。

4.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述的步骤S2是通过多面体磨粒尺寸筛选方法实现的，所述的多面体磨粒尺寸筛选方法具体为：根据砂条粒度确定所用的两级筛孔尺寸大小；随机转动多面体磨粒姿态，将其投影到固定平面，获得对应的投影多边形；计算出该投影多边形的最小包络正方形边长d_i，和顶点最大间距D_i；重复旋转多面体磨粒多次，计算出不同磨粒姿态下d_i的最小值d_min和D_i的最大值D_max，其中d_min＝min(d_i)，D_max＝max(D_i)；对磨粒尺寸进行缩放，使其d_min和D_max介于两级筛孔尺寸之间，即磨粒可通过上级筛孔而不能通过下级筛孔。

5.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述的步骤S3具体为：由步骤1、步骤2计算出每个多面体磨粒的体积，通过逐一生成多面体磨粒，将其体积进行叠加，使多面体磨粒总体积与目标体积一致，此时的磨粒数量即为该仿真空间内该有的磨粒数量。

6.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述的步骤S4是通过获取磨粒位置分布的仿真方法实现的，所述的获取磨粒位置分布的仿真方法具体为：用直径大于第一设定值的第一球形颗粒来模拟磨粒，直径小于第二设定值的第二球形颗粒模拟基体金属粉末；其中第一球形颗粒的平均体积与所得多面体磨粒平均体积相同；

利用三维软件建立搅拌器简化模型，导入离散元分析软件中对第一球形颗粒和第二球形颗粒进行搅拌混料仿真，搅拌结束后对混料进行压制仿真，提取压制后球形颗粒的相对位置作为磨粒空间位置分布。

7.根据权利要求1所述的一种仿真方法，其特征在于，所述的步骤S5具体为：在颗粒分布的平均高度处用矩形平面对磨粒进行采样，保留与该平面相交磨粒；进一步剔除其中磨粒包络球球心超出该平面高度的磨粒，用于模拟磨粒因大部分体积凸出在表面之外而脱落的情况；

在最终保留的磨粒中心位置处生成随机的泰森多面体，进一步将多面体磨粒绕各自几何中心位置随机旋转，使得磨粒空间姿态随机化，得到表面磨粒的分布状态，利用1μm×1μm的网格对该平面进行离散，将磨粒凸出该平面的部分的几何形状映射在网格上，而基体材料表面为平面，得到珩磨砂条的表面初始表面形貌。

8.根据权利要求1所述的一种仿真方法，其特征在于，所述的步骤S6是通过磨粒磨损仿真方法实现的，所述的磨粒磨损仿真方法具体为：以磨粒尖端凸出方向的反方向为开口朝向建立凸曲面，以该曲面为截面截去磨粒的尖端，实现磨粒凸出尖端的钝化，且截去量与尖端凸出高度正相关。

9.根据权利要求3所述的一种仿真方法，其特征在于，所述的泰森多面体是利用MATLAB内置Voronoi多面体生成函数生成的。