[发明专利]可避免畸形计算单元的岩石细观数值模型生成方法及系统

权利要求书

1.可避免畸形计算单元的岩石细观数值模型生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.岩石细观特征提取和量化

通过数值图像处理技术得到岩石试样的显微图像特征，在空间域内进行基于点饱和理论的随机撒点，提取岩石试样模型中矿物颗粒空间位置，对颗粒集合体在岩石试样边界内进行基于Voronoi图的空间区域剖分，生成Voronoi多边形，每个Voronoi多边形为一个Voronoi元胞，每个Voronoi元胞对应一个形状不规则的矿物颗粒，模拟矿物颗粒不规则形状的细观几何结构；

步骤2.岩石细观结构优化

将由步骤1所得Voronoi元胞的几何信息收集汇总计算其质心坐标，采用质心迭代法，重新进行基于Voronoi图的空间剖分；判断结果是否满足迭代停止标准，若不是则继续采用质心迭代法进行优化，直到满足设定的迭代停止标准；遍历所有的矿物颗粒，将矿物颗粒的所有短边替换为短边中点，并重新生成岩石矿物颗粒模型；

质心迭代法指的是将下次Voronoi图的生成元点移至当前Voronoi元胞质心处，重新进行Voronoi剖分；矿物颗粒在质心迭代过程中不断重排列，趋于一个较为密实和各向同性结构，受岩石试样边界、颗粒间互不侵入和密排条件的约束，Voronoi元胞代表的矿物颗粒在迭代过程中发生重排列，形状畸形的矿物颗粒逐渐减少，矿物颗粒的形状质量相应提高；

步骤3.岩石细观数值模型生成

将得到的岩石矿物颗粒模型进行有限元网格划分，并在矿物颗粒边界和颗粒内部插入无厚度界面单元，生成能够模拟岩石开裂的有限元数值模型。

2.根据权利要求1所述的可避免畸形计算单元的岩石细观数值模型生成方法，其特征在于：

其中，在步骤1中，在空间中进行基于点饱和理论的随机撒点指的是：在空间域内，控制Voronoi多边形的成长点间最短距离d_min，对于二维空间R²，该成长点间最短距离通过公式一计算得到，对于三维空间R³，成长点间最短距离通过公式二计算得到：

式中，a、b、c为模型的长、宽、高；N为点的总数。

3.根据权利要求1所述的可避免畸形计算单元的岩石细观数值模型生成方法，其特征在于：

其中，在步骤1中，Voronoi图的定义为，在给定的空间域Rⁿ内，n为欧氏空间维度，存在集合S由n个互不相等的点构成，S＝{p₁,p₂,…,p_n}，

第i个Voronoi多边形集合体V(p_i)表示为：

V(p_i)＝∩_i1j{p|d(p,p_i)d(p,p_j),i,j＝{1,2,..,n}}     (公式三)

式中，d(p,p_i)表示点p与点p_i间的欧氏距离；V(p_i)为一个凸多边形，被称为点p_i的Voronoi结构，p_i为第i个Voronoi多边形集合体V(p_i)的成长点或者核；点集合S为Voronoi图的生成元。