[发明专利]一种多级配高体积分数混凝土模型构建方法

权利要求书

1.一种多级配高体积分数混凝土模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、设定目标区域为长length、高height的长方形，总级配数为T，设定第i级颗粒平均等效圆直径为D_i，第i级种子点数为k_i；

步骤二、在步骤一设定的目标区域内，依次生成包含k_i个种子点的i级均匀分布种子点阵，并存储各级种子点坐标；

步骤三、依次将步骤二中的各级种子点阵在初始位置附近随机抖动，并更新种子点坐标；

步骤四、对步骤三中的T级种子点阵，按级别从高到低的顺序，采用斥力重排法将高级别种子点附近的低级别种子点斥开，并更新种子点坐标；

步骤五、为各级种子点赋予权值w_i，采用加权Voronoi算法对所有种子点进行区域划分，生成Voronoi多边形，每一个多边形对应一个初始颗粒，并将各种子点坐标及其所对应颗粒的顶点坐标存储为颗粒数据文件；

步骤六、将步骤五中的各初始颗粒进行重构，生成多级配骨料模型。

2.根据权利要求1所述的多级配高体积分数混凝土模型构建方法，其特征在于：步骤六中，骨料模型构建方法包括以下步骤：

6.1)遍历颗粒数据文件中的每个颗粒，在颗粒各边分别随机选取一个参考点，并存储参考点坐标；

6.2)过相邻两个参考点作与对应边相切的椭圆，以两参考点之间的椭圆弧代替两参考点之间的多边形尖角，各椭圆弧首尾相连构成的图形即为骨料颗粒模型。

3.根据权利要求2所述的多级配高体积分数混凝土模型构建方法，其特征在于，步骤6.2)中，过相邻两个参考点作与对应边相切椭圆弧的过程为：

a)遍历颗粒每一个顶点，将当前顶点标记为A，将顶点A与其相邻两个参考点M、N构成的线段分别延长一倍至点B、C，构建参考三角形ABC，作底边BC上的高AD及中线AE；

b)求出向量与x轴正方向夹角λ为：

式中，为x轴正方向单位向量，x轴方向为目标区域的长度方向；

c)构建坐标旋转变换矩阵及坐标平移变换矩阵T＝[x_B y_B]，(x_B、y_B)为B点坐标；

d)记底边BC长为构建正△A₁B₁C₁，其中B₁坐标为(0，0)，C₁坐标为作△A₁B₁C₁的内切圆O₁，则参考△ABC可由正△A₁B₁C₁经一次伸缩变换、一次错切变换和一次旋转平移变换得到，△A₁B₁C₁的内切圆O₁随之变换成与△ABC相切于三边中点的椭圆，其中伸缩变换系数错切变换角度γ为AD绕A点旋转至AE的角度，逆时针为正，则待求椭圆弧的参数方程(x，y)为：

式中，r为△A₁B₁C₁的内切圆O₁的半径，θ为极坐标系下的角度参数，(α,β)为△A₁B₁C₁内切圆O₁经伸缩变换和错切变换后的参数方程。

4.根据权利要求1或2或3所述的多级配高体积分数混凝土模型构建方法，其特征在于，步骤四中，斥力重排方法为：设定各级种子点受到比其级别更高种子点的斥力作用，按照从T-1级到1级的顺序，将各级种子点按照其所受综合斥力作用移动，移动后即时更新种子点坐标，其中，第i级第m个种子点因综合斥力作用产生的位移矢量为：

式中，为第i级第m个种子点因综合斥力作用所产生的位移矢量，为第i级第m个种子点与更新后的第j级第n个种子点构成的矢量，k_j为第j级种子点总数，f_ij为第i级与第j级种子点之间的斥力-位移函数。