[发明专利]一种三维多面体随机生成方法

说明书

本发明涉及一种三维多面体随机生成方法，包括：1)生成初始多面体；2)多面体顶点数是否大于第一设定值，是则通过平面扩展法生成临时新顶点，否则采用射线扩展法；3)该点到基面的距离与基面最小外接球半径之比是否在第一设定范围内，是则执行步骤4)，否则执行步骤2)；4)是否需要控制凸性，是则执行步骤5)，否则执行步骤6)；5)临时新顶点是否满足凸性条件，是则保留该点，执行步骤7)，否则执行步骤2)；6)判断包含新四面体与多面体中的四面体是否存在重叠，若存在则执行步骤2)，否则保留该点；7)判断多面体顶点数是否小于第二设定值，是则执行步骤2)，否则结束。与现有技术相比，本发明具有随机性好和代表性强等优点。

技术领域

本发明涉及颗粒材料领域，尤其是涉及一种三维多面体随机生成方法。

背景技术

近年来，随着计算机应用的发展，数值计算方法在岩土工程问题分析中迅速得到广泛应用，大大推动了岩土力学的发展。

目前在岩土工程领域数值计算中，最为常用的计算模拟方式是有限元，而有限元对于土体等散体材料的大变形破坏等情形模拟能力有限；在模拟散体材料方面，与有限元相对应的是离散元模拟方法，而离散元模拟方法当中，出于计算机计算效率等方面的考量，各类颗粒通常被简化为圆盘或者圆球。随着科技进步，计算机效率提升，散体材料已经可以考虑其外观形状。主流的离散元软件如PFC等提供软件内建模和导入外部数据等方式供使用者模拟颗粒材料的外形，但目前这类软件内部颗粒形状的建模缺乏可以自动生成随机形状的功能，想要生成不规则的形状往往需要用户手动设定顶点位置，如果需要生成的颗粒形状各不相同，由于巨大的工作量，用户手动设定的方式基本上是没法实现这一点的，所以软件内部建模只能针对涉及颗粒形状较少的情况，

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种三维多面体随机生成方法，效率高，多样性、随机性和代表性强；

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种三维多面体随机生成方法，具体为：

1)建立原点和空间直角坐标系，设置控制参数，根据控制参数在空间直角坐标系内生成初始的多面体，所述的初始的多面体为四面体；

2)在多面体的所有面中选择待拓展的基面，判断多面体的顶点数是否大于第一设定值，若是则通过平面扩展法生成临时新顶点，否则通过射线扩展法生成临时新顶点；

3)判断临时新顶点到基面的距离与基面最小外接球半径之比是否在第一设定范围内，若是则执行步骤4)，否则执行步骤2)，重新生成临时新顶点；

4)判断是否需要控制多面体的凸性，若是则执行步骤5)，否则执行步骤6)；

5)判断临时新顶点加入多面体后是否满足凸性条件，若是则将该临时新顶点加入多面体，并执行步骤7)，否则执行步骤2)，重新生成临时新顶点；

6)判断包含临时新顶点的四面体与当前多面体中的四面体是否存在重叠，若存在则执行步骤2)，否则将该临时新顶点加入当前多面体中；

7)判断多面体的顶点数是否小于第二设定值，若是则执行步骤2)，否则多面体生成过程结束。

进一步地，所述的平面扩展法具体为：

作以基面形心为球心，基面最小外接圆半径为球半径的外接球，所述的基面所在平面将外接球分为两个半球，在与原点关于基面所在平面异侧的半球上设置临时新顶点。

进一步地，将生成的临时新顶点与外接球球心之间的间距进行放大或缩小，更新临时新顶点的坐标。

进一步地，所述的射线扩展法具体为：

以原点为起点，作通过基面形心的射线，取射线与单位球面交点为临时新顶点。