[发明专利]基于EDEM实现岩石破碎过程可视化的方法

说明书

本发明公开了一种基于EDEM实现岩石破碎过程可视化的方法，包括构建岩石的物理模型，获得岩石颗粒位置信息并建立力链网络模型，定义模型内颗粒间粘结键的力学关系并获取岩石的本征力学参数，计算外载作用下力链网络模型中的粘结键承载信息，利用粘结键的断裂判据对粘结键进行判断，以及判断是否形成裂纹聚集交汇，当裂纹两段扩展至岩石表面时，岩石形成宏观破碎。本发明通过计算整个过程中粘结键的断裂位置信息和模型重构信息实现岩石破碎过程可视化，从微观角度分析破碎过程中粘结键的受力变化，从细观角度分析破碎过程中粘结键的断裂顺序，从宏观角度分析岩石的破碎特性，实现岩石破碎过程的可视化，便于分析研究岩石的破碎机理。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，具体的是一种基于EDEM实现岩石破碎过程可视化的方法。

背景技术

岩石破碎是个极其复杂的变形过程，破碎过程中不仅涉及到多个物理量的变化，同时还伴随着裂纹的滋生、扩展和聚集现象。因此为了研究破碎的实质，需要运用接触力学、细观力学和统计力学的相关理论，从微观、细观和宏观等角度分析岩石的破碎过程。而目前实验研究仅能单纯的从宏观角度分析岩石的破碎过程，且很难实现岩石破碎过程的可视化。因此计算机作为一种模拟岩石破碎、分析岩石破碎过程的设备被人们广泛运用，并逐渐形成离散元、有限元和扩展有限元等数值模拟方法，实现冲击、剪切等复杂加载方式下的破碎实验模拟，为分析岩石的破碎过程提供了很好的研究方法。通过借助计算机软件建立岩石颗粒模型，并实现破碎过程的可视化，对了解岩石的破碎本质具有重要的意义。

EDEM是世界上第一个用现代化离散元模型科技设计的用来模拟和分析颗粒处理和生产操作的通用CAE软件，通过模拟散状物料加工处理过程中颗粒体系的行为特征，协助设计人员对各类散料处理设备进行设计、测试和优化。EDEM主要由三部分组成：Creator、Simulator和Analyst。Creator是前处理工具，完成几何结构导入和颗粒模型建立等，Simulator是求解器，用于模拟颗粒体系的运动过程；Analyst是后处理模块，提供了丰富的工具对计算结果进行分析。

多尺度模型是基于离散元的基本原理，提出描述岩石颗粒多尺度特性的岩石模型，这种多尺度涉及到微观、细观和宏观三个方面，微观尺度指颗粒材料内部颗粒与颗粒之间的粘结模型和接触模型，细观尺度是指多个微观尺度的集合，宏观尺度是指多个细观尺度的集合，三者之间的关系类似于点、线、面之间的关系。国内学者祁原、黄俊杰等人的《可破碎颗粒体在动力载荷下的耗能特性》对岩石颗粒粘结模型展开破碎实验研究，分析了动载下岩石的破碎过程，得到了系统能量的耗散率决定岩石碎后粒度的结论；马春弛、李天斌等人的《硬脆掩饰的微观颗粒及其卸荷岩爆效应研究》利用构建的岩石颗粒模型进行数值模拟实验，从微观角度分析了岩石破碎时岩石内部的颗粒状态，并推导了相应的计算方法，分析了影响颗粒材料内部颗粒状态的因素；魏巍、覃燕林等人的《粒装材料颗粒破碎过程分析》针对颗粒的形状展开了研究，建立了粒状岩石颗粒模型，并模拟了在侧向应力作用下岩石的破碎过程。但上述大多是基于细观和宏观尺度的，没有考虑到真实的岩石内部微观几何多尺度特征，也没有考虑到颗粒破碎过程中粘结强度的变化问题，因此无法精确的模拟岩石的真实破碎过程。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的在分析材料破碎过程没有考虑到真实的岩石内部微观几何多尺度特征，也没有考虑到颗粒破碎过程中粘结强度的变化问题，无法精确地模拟岩石的真实破碎过程的不足之处，提出一种基于EDEM实现岩石破碎过程可视化的方法，该方法能够从细观、微观和宏观角度分析记录岩石破碎过程中裂纹的生成扩展聚集现象，实现对岩石破碎过程的模拟和可视化。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于EDEM实现岩石破碎过程可视化的方法，其包括以下步骤：

S1.根据岩石样本的几何参数，获取并构建岩石的三维几何模型；

S2.对所述三维几何模型进行离散化处理获得岩石颗粒模型，利用EDEM下的bpm粘结力链模型对所述岩石颗粒模型进行几何简化，获得每个颗粒的位置信息；