[发明专利]一种基于颗粒簇替代的岩石晶体结构快速建模方法

权利要求书

1.一种基于颗粒簇替代的岩石晶体结构快速建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、岩石晶粒种子生成，在PFC软件中指定模型区域，建立岩石试样的边界墙，根据试样晶粒成分分析设定不同的投放颗粒组，赋予墙体、颗粒和接触的属性参数；

步骤2、采用步骤1中颗粒半径等比例缩小的小球生成颗粒簇去代替步骤1中的原有颗粒，并按照一定的比例对颗粒簇进行压缩，然后删除原有颗粒；

步骤3、颗粒簇生成后，对颗粒簇的属性参数进行赋值，并利用颗粒间的膨胀使得颗粒簇展开为晶体结构；

步骤4、根据接触识别方法对接 触两端颗粒进行材料分组，并赋予相应的接触模型参数，完成岩石晶体细观结构模型的快速建立，具体的，若接触两端颗粒分组一致，先判定该接触是否在晶界处，若在晶体内部，则其参数按照该材料分组赋予；而若在晶界处，则其参数按照该材料分组进行折减，而对于接触两端颗粒分组不一致，则根据接触的两种材料按照加权平均数进行其力学模型参数的赋值。

2.根据权利要求1所述的基于颗粒簇替代的岩石晶体结构快速建模方法，其特征在于：步骤1中，岩石晶粒种子生成具体步骤如下：

步骤1.1、对需要研究的岩石试样进行晶粒成分分析，测得该岩石试样的物理力学特性以及每种晶粒成分的比例和尺寸信息；按照晶粒成分设定不同的投放M个颗粒组，对于每一颗粒组，设定该颗粒组的直径大小和该颗粒组在岩石试样中所占有的体积分数；

步骤1.2、在PFC软件中首先指定模型计算区域的大小，在该区域内通过wall create命令建立岩石试样数值模型的边界墙，并且根据PFC软件自带的FISH言语编写墙体伺服的函数；

步骤1.3、采用ball distribute命令对设定的颗粒组在岩石试样模型内部进行随机投放晶粒种子，设定墙体、颗粒以及接触的属性参数，并采用墙体伺服机制对颗粒进行压缩，使得试样中颗粒的分布均匀，再对颗粒间接触力进行求解，使各颗粒达到初始平衡状态。

3.根据权利要求2所述的基于颗粒簇替代的岩石晶体结构快速建模方法，其特征在于：步骤1中，所述墙体的属性参数包括弹性模量、刚度比和摩擦系数，所述接触的属性参数即为颗粒之间以及颗粒与墙体之间的接触模型，该接触模型包括弹性模量、刚度比和摩擦系数；所述颗粒的属性参数包括最小粒径、最大粒径、体积分数、密度和阻尼系数。

4.根据权利要求2所述的基于颗粒簇替代的岩石晶体结构快速建模方法，其特征在于：步骤2具体步骤如下：

步骤2.1、首先将步骤1中原颗粒的半径R划分为N等份作为小球的直径，即颗粒簇中小球的半径而颗粒簇中替代生成颗粒的层数为N层；第i层颗粒距离原颗粒的球心距离为(2i-1)r；

步骤2.2、颗粒簇中含有的颗粒数在二维中按照圆的周长2π(2i-1)除以小球的直径2r进行计算，而在三维中按照经纬法，用球的面积4πR²除以小球的最大投影面积πr²；

步骤2.3、之后为使小球间具有一定的初始膨胀接触力，通过按照一定比例压缩每层小球间的间距使得颗粒簇收缩，然后通过极坐标系或球坐标系求取颗粒簇中小球的空间坐标，最后通过ball create命令生成小球，而采用ball.delete函数删除原颗粒。

5.根据权利要求4所述的基于颗粒簇替代的岩石晶体结构快速建模方法，其特征在于：步骤2.1中，原颗粒半径与颗粒簇中小球的直径之比N范围为1-6。

6.根据权利要求4所述的基于颗粒簇替代的岩石晶体结构快速建模方法，其特征在于：步骤2.3中，所述颗粒簇压缩的比例为0.5-1。

7.根据权利要求3所述的基于颗粒簇替代的岩石晶体结构快速建模方法，其特征在于：步骤3中，所述颗粒簇的属性参数包括密度和阻尼系数，而接触模型的弹性模量、刚度比和摩擦系数均继承之前被替代的原颗粒的属性。

8.根据权利要求7所述的基于颗粒簇替代的岩石晶体结构快速建模方法，其特征在于：步骤3中，所述颗粒簇之间的接触问题，即该接触为晶界接触，通过FISH语言编写函数进行晶界接触判定，然后对该接触的力学参数进行一定比例放大，以确保最后形成的岩石晶体结构试样模型中晶界的平整，并防止其他颗粒簇中颗粒侵入到该颗粒簇中；采用set fishcallback方法对即将接触的颗粒进行接触力学参数的赋值；在采用solve命令求取模型的静态平衡状态之前，用cycle命令强制更新颗粒簇的属性参数。