[发明专利]基于颗粒随机填充的浮力材料的三维模型生成方法

说明书

本发明公开了一种基于颗粒随机填充的浮力材料的三维模型生成方法，包括如下步骤：(1)颗粒生成：在一特定空间内生成满足数量需要的小粒径颗粒；(2)重叠检测：用于检测后生成的颗粒是否和先生成的颗粒发生重叠，若重叠，则重新生成颗粒；(3)颗粒开始运动；(4)颗粒碰撞检测；(5)边界检测；(6)超界判断；(7)生成三维模型：小粒径颗粒的半径继续增加到期望的目标半径时，停止增大，速度静止为零。有益效果：本发明基于颗粒随机填充的浮力材料的三维模型生成方法，生成了高体积分数的颗粒随机填充模型，避免了复杂的颗粒碰撞过程中复杂的碰撞检测计算，提高了颗粒位置的随机性，提高模型的生成效率。

技术领域

本发明涉及深海浮力材料领域，具体涉及一种基于颗粒随机填充的浮力材料的三维模型生成方法。

背景技术

我国拥有约300万平方公里的海洋面积，其中蕴藏了大量丰富的海洋资源，开发海洋资源对提高我国综合实力有重大意义。海洋开发面临许多难题，其中一个关键难点是研制与深海设备相配套的固体浮力材料。应用于深海的浮力材料需要满足低密度、高强度、低吸水性等要求，需要承受几千米甚至上万米的水压力，以保证设备能够在深海安全运行。

目前固体浮力材料主要是由空心玻璃微珠与热固性树脂体系复合而成。其中，热固性树脂应用最多的为环氧树脂，其具有较高的强度，空心玻璃微珠的填充则可以降低材料的整体密度。作为现代海洋资源开发的必需装备，深水浮力材料在服役过程中主要受海水的等静压作用，因此它的可压缩性能是其十分重要的技术指标之一。为了研究了材料的宏、细观力学性能。目前针对浮力材料受压过程破坏机理的研究较少。随着对深海浮力材料需求的扩大，国内外浮力材料生产厂商也对浮力材料的配方及工艺进行不断的改进、优化，以满足市场需求。为了研制性能更加优越的全海深浮力材料，需要对由玻璃微珠和环氧树脂基体组成的复合泡沫材料建立微观力学模型，通过ANSYS等有限元分析软件，为高性能全海深浮力材料的研制提供了理论依据。因此，浮力材料三维模型的构建十分重要。

以往的算法研究很多都专注在颗粒堆积问题上，对颗粒的接触检测有很多研究。对于三维空间的随机填充问题，帮助不大，并且算法复杂。考虑颗粒在重力作用下，落入容器底部，与容器底部的粒子或容器底部发生碰撞，后面的粒子逐渐在容器内部堆积；然而这样不能获得颗粒在该容器空间内的随机分布；采用简单的随机函数难以获得高体积分数的三维随机模型，因为，当颗粒的体积达到一定程度之后，很难生成不发生重叠的模型，通过简单随机函数生成的三维随机模型，其体积分数很难超过30％，因此，需要更好的高体积分数的随机模型生成方法。

综上所述，现有的模型生成方法基于颗粒碰撞，即通过检测颗粒与颗粒之间的速度方向夹角以及位置，来计算碰撞时间，从而确定下一时刻某两个颗粒之间的碰撞，计算复杂，耗时，且效率低；现有的基于颗粒堆积的方案，无法获得较好的随机高体积分数模型，主要基于重力下落，难以达到在空间随机分布的效果；简单的随机模型难以生成高体积分数的模型，体积分数增大到一定程度之后，随机生成的颗粒之间必然会发生重叠。

发明内容

本发明的目的在于，为了生成高体积分数的颗粒随机填充模型，避免复杂的颗粒碰撞过程中复杂的碰撞检测计算，提高颗粒位置的随机性，提高模型的生成效率，提出一种基于颗粒随机填充的浮力材料的三维模型生成方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

基于颗粒随机填充的浮力材料的三维模型生成方法，包括如下步骤：

(1)颗粒生成：在一特定空间内生成满足数量需要的小粒径颗粒；

(2)重叠检测：用于检测后生成的颗粒是否和先生成的颗粒发生重叠，若重叠，则重新生成颗粒；

(3)颗粒开始运动：使步骤(1)中小粒径颗粒在该正方体模型空间内随机运动，在运动的过程中小粒径颗粒的半径逐渐增大；

(4)颗粒碰撞检测：如果任意两个颗粒中心的距离小于各自的半径之和，则认为该两颗粒发生了碰撞；