[发明专利]结构表面磨损的仿真预测方法和装置

说明书

本公开公开了一种结构表面磨损的仿真预测方法和装置，属于数据处理领域。所述仿真预测方法包括：形成连续排列的多个球形单元，所述多个球形单元的包络曲面用于表示结构表面；获取各个所述球形单元中所述结构表面的表示区域的法向量和面积；根据各个所述球形单元中所述结构表面的表示区域的法向量和面积，对各个球形颗粒与所述多个球形单元之间的碰撞进行离散元仿真，得到各个所述球形单元吸收的来自各个所述球形颗粒的碰撞能量；根据各个所述球形单元吸收的来自各个所述球形颗粒的碰撞能量，改变各个所述球形单元的球心位置，所述多个球形单元的球心位置的改变用于表示所述结构表面的磨损。本公开可有效减少仿真预测的计算时间。

技术领域

本公开涉及数据处理领域，特别涉及一种结构表面磨损的仿真预测方法和装置。

背景技术

在矿业、冶金、化工、食品加工等众多采用机械结构制备、处理散体(即固体颗粒的集合体)的工业过程中，颗粒撞击导致机械结构表面磨损是一种常见且复杂的物理现象。机械结构表面磨损预测对机械结构使用寿命的延长有着极为重要的意义。

离散元(英文：Distinct Element Method，简称：DEM)是专门用来解决不连续介质问题的数值模拟方法，可用于模拟颗粒与结构表面之间的碰撞行为，提供两者之间的碰撞能量、接触力、接触速度等信息。根据这些信息，可以有效预测受磨损结构表面在其整个生命周期中的几何演变过程。因此，DEM仿真已经广泛应用于众多机械结构表面的磨损预测。

在磨损预测中，结构表面会经历一系列的磨损演变。在每一步的磨损演变中，先采集DEM仿真的碰撞过程中颗粒作用于结构表面的磨损数据，再根据采集的磨损数据，更改结构表面的局部几何形状，响应颗粒的磨损作用。由于结构表面的几何形状一般采用许多小尺寸的边界单元表达，因此结构表面的磨损数据可以通过逐个搜集这些边界单元的接触情况来实现，结构表面的局部几何形状也可以通过逐个更新这些边界单元的位置来更改。

接触判断在DEM仿真中具有极其重要的作用。通过接触判断，各目标对象间的接触情况可以通过它们在之前一步磨损演变中的相对位置关系推导出来，这一过程对于当前一步磨损演变中的颗粒接触力计算是必须的。通常接触判断经历两个阶段：邻居检索和相交检测。邻居检索时将整个仿真区域规则地划分成相对较小的子区域，找出颗粒与边界单元之间的潜在接触对，从而将单个颗粒的接触检测范围缩小到离它最近的子区域，而非整个仿真区域。相交检测主要是利用目标对象的几何形体进行空间推导，对邻居检索中找到的潜在接触对象进行识别，排除无效的接触。相交检测的算法与颗粒的形状和结构表面的几何表达方式密切相关。

在DEM仿真中，最常使用到的颗粒形状是球体。而三角形单元是目前使用最为广泛的边界单元，已经应用在滚磨机的衬板、破碎机的破碎板、农业机械的触土部件等机械结构表面的几何形状的表达中。通过网格划分工具将机械结构表面划分成许多精度可控的三角形单元，将球形颗粒与任意形状的结构表面之间的接触检测转化为球形颗粒与三角形单元之间的接触检测；在每一步的磨损演变时，分别搜集各个三角形单元的磨损数据，并沿着磨损的深度方向逐个移动相应三角形单元的顶点，即可实现结构表面局部几何形状的更改。

在实现本公开的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

在球形颗粒与三角形单元之间的相交检测中，球形颗粒需要与三角形单元的内部区域、三条边和三个顶点逐个进行相交检测。显然，这种相交检测的方式过于繁杂，影响接触检测时间和效率。特别是在DEM仿真由大量边界单元表达的机械结构表面时，接触检测会产生巨大的计算开销，消耗大量的计算机资源，每一步磨损演变对应的DEM仿真都可能会花费至少数周的计算时间，严重阻碍DEM仿真在磨损预测中的应用和发展。

发明内容

本公开实施例提供了一种结构表面磨损的仿真预测方法和装置，能够解决现有技术检测时间长、检测效率低的问题。所述技术方案如下：

一方面，本公开实施例提供了一种结构表面磨损的仿真预测方法，所述仿真预测方法包括：