[发明专利]一种基于包围圆颗粒接触检测的颗粒集合体生成方法

说明书

本发明公开了一种基于包围圆颗粒接触检测的颗粒集合体生成方法，包括以下步骤：初始化程序变量并生成边界；生成第一个与边界不重叠颗粒；逐个生成与已有颗粒不重叠新颗粒；判断颗粒集合输出条件；输出颗粒集合信息。本发明方法原理简便，代码书写较易，所采用的包围圆颗粒接触检测方法可显著提高颗粒检测效率，为进一步研究颗粒材料力学行为提供了有效技术手段。

技术领域

本发明涉及岩土工程数值计算方法，具体涉及一种基于包围圆颗粒接触检测的颗粒集合体生成方法。

背景技术

离散元法是专门用来解决不连续介质问题的数值模拟方法。在岩土工程问题中，岩土体可被看作一种离散型颗粒材料，其内部可存在大位移、旋转和滑动乃至块体的分离，离散元方法可以较真实地模拟节理岩体中的非线性大变形特征，因此有着非常重要的作用。为进一步认识岩土体微观尺度下的力学行为特征，则需充分表征颗粒间接触情况。接触检测作为岩土力学中计算的基础之一，有着庞大的运算量，因此提高接触检测效率成为解决岩土工程非连续数值模拟的关键性问题。目前，在颗粒集合体生成及计算过程中所采用的颗粒接触检测算法有暴力枚举法、元胞链表法和边界盒法等。暴力枚举法虽然算法编写简单，但随着颗粒数目的增多，检测时间呈几何形式增长，计算量较大，计算效率较低。元胞链表法将颗粒体系所占据的空间划分为规则的网格，再对网格内颗粒接触情况进行检测，但其对网格尺寸要求严格，网格划分过程较为繁琐。此外，在采用边界盒法进行接触判断时，则需要较多的循环判断次数，将消耗大量的计算时间。现有一系列颗粒接触检测方法计算效率较低、检测原理复杂，基于以上所述的技术现状，有必要提出一种基于包围圆颗粒接触检测的颗粒集合体生成方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于包围圆颗粒接触检测的颗粒集合体生成方法，以提高规定边界范围内颗粒接触检索效率。

为了达到上述目的，本发明的具体技术方案如下：

一种基于包围圆颗粒接触检测的颗粒集合体生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤a.初始化程序变量并生成边界：初始化程序最大循环次数、累计循环次数、最小颗粒半径值、最大颗粒半径值以及包围圆半径值，并建立颗粒生成边界；

步骤b.生成第一个与边界不重叠颗粒：在边界范围内随机生成一圆心，在最小及最大颗粒半径范围内随机生成半径；

步骤c.逐个生成与已有颗粒不重叠新颗粒；

步骤d.判断颗粒集合输出条件：判断累计循环次数是否等于最大循环次数，是则进入步骤e，否则返回步骤c；

步骤e.输出颗粒集合信息。

进一步地，步骤b中，通过计算圆心与边界距离是否大于等于圆半径的方式判断所生成颗粒是否与边界重叠。

进一步地，步骤c中，包括如下六个步骤：

步骤c1.在边界范围内随机生成一圆心，在初始条件的范围内随机生成半径，并判断所生成圆心到边界的距离是否大于等于生成半径，是则进入步骤c2，否则重复步骤c1；

步骤c2.判断包围圆最大半径值是否大于等于上一个生成颗粒的半径值，是则直接进入步骤c3，否则将上一个颗粒的半径值赋值给包围圆最大半径值，而后进入步骤c3；

步骤c3.以步骤c1中所生成圆心为包围圆圆心，以步骤c1中所生成圆半径与步骤c2中包围圆最大半径值之和为包围圆半径生成包围圆，并判断包围圆范围内是否有其他圆心，是则进入步骤c4，否则进入步骤c6；

步骤c4.以两圆心之间距离小于两圆半径和为标准，判断生成颗粒是否与包围圆内其他颗粒接触，是则进入步骤c5，否则进入步骤c6；

步骤c5.循环次数加一，并进入步骤d；

步骤c6.生成颗粒。