[发明专利]一种高纤维体积含量的单丝随机位置的生成方法

权利要求书

1.一种高纤维体积含量的单丝随机位置的生成方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤(1.1)、初始纤维分布位置及初始速度的给定：在给定纤维体积含量、纤维半径、窗口长度和窗口高度的基础上，通过密排六方分布方法给出每个纤维点的初始排布位置(x,y)；通过随机数生成函数给定每个纤维的初始随机速度(u,v)；

步骤(1.2)、纤维碰撞和纤维-窗口碰撞方法的建立：设置纤维-纤维和纤维-壁面碰撞条件，当纤维位置满足该条件时，进行纤维的速度更新和位置确定，实现纤维在窗口范围内的随机运动；

步骤(1.3)、完全周期性边界条件的实现：通过在对称边界设置对称纤维分布实现整个模型的周期性；

步骤(1.4)、空间大小识别与纤维体积含量的增加：将窗口栅格化，识别栅格点周边空间大小，实现纤维的添加；

步骤(1.5)、统计学评估与有限元模型验证。

2.根据权利要求1所述的一种高纤维体积含量的单丝随机位置的生成方法，其特征在于，在步骤(1.2)中，所述纤维碰撞和纤维-窗口碰撞方法的建立包括纤维-纤维之间的碰撞、纤维-壁面的碰撞及纤维随机位置的确定；具体的的操作步骤如下：

(1.2.1)、纤维-纤维之间的碰撞：

其条件为：

式中，表示纤维1到纤维2的距离，l_min1表示给定的纤维碰撞距离；其中，当纤维间距小于l_min1时，则纤维-纤维之间发生碰撞；

碰撞后实现纤维的速度更新，防止纤维出现重叠，更新过程为：

式中，表示由纤维2指向纤维1的矢量，表示由纤维1指向纤维2；分别表示t时刻和t+Δt时刻纤维间切向速度；表示t时刻和t+Δt时刻纤维间法向速度；

(1.2.2)、纤维-壁面的碰撞：

其条件为：

式中，表示纤维整体距离窗口的最小距离，l_min2表示定义的纤维碰撞距离；当纤维间距小于l_min2时，则纤维-壁面发生碰撞，通常为：

l_min1＝l_min2

当纤维-壁面发生碰撞后，进行纤维速度更新，以限制纤维在窗口范围内运动，更新机制为：

式中，表示纤维i在t时刻和t+Δt沿x轴方向的运动速度；表示纤维i在t时刻和t+Δt沿y轴方向的运动速度；w表示窗口宽度，h表示窗口高度，r表示纤维半径；

(1.2.3)、纤维随机位置的确定：

进行了纤维速度更新后，由纤维位置和速度可获得其下一时间步位置：

式中，分别表示纤维i在时间t和下一时间步t+Vt的x坐标；Y_i^t+Δt,Y_i^t分别表示纤维i在时间t和下一时间步t+Vt的y坐标；分别表示纤维i在时间t的x和y方向速度；Vt表示时间步增量。