[发明专利]一种水泥基材料颗粒堆积体系孔隙连通性分析方法

权利要求书

1.一种水泥基材料颗粒堆积体系孔隙连通性分析方法，球体堆积体系孔隙连通性分析方法为首先建立球体颗粒堆积模型，其次对球心点集执行Delaunay四面体剖分以把堆积模型划分为由多个四面体组成的集合后，逐一获取集合中四面体的孔隙体积以及判断每个四面体孔隙的连通性，最后进行球体颗粒堆积模型中连通孔隙率的统计计算过程；

建立球体颗粒堆积模型的过程为：

对于指定球体颗粒粒径分布和孔隙率的体系，首先确定立方体填充空间的尺寸大小，然后把球体颗粒按尺寸从大到小依次投入立方体填充空间中，每个球体颗粒的坐标由蒙特卡洛法随机生成，直至所有颗粒全部投放完毕，形成球体颗粒堆积模型；

对球心点集执行Delaunay四面体剖分的操作过程为：

根据球体颗粒堆积模型信息，把所有球体中心的坐标进行整理形成二维矩阵，二维矩阵有三列，分别为球心的横坐标、纵坐标和列坐标，矩阵中每一行代表一个球体的球体坐标，采用MATLAB中的Delaunay Triangulation函数作用该二维矩阵，即实现对球心点集的Delaunay四面体剖分；在二维情况下，矩阵只有两列，分别为圆的横坐标集和列坐标集，对矩阵作用Delaunay Triangulation函数以执行对圆心点集的Delaunay三角剖分；

对球心点集执行Delaunay四面体剖分后，堆积模型被划分为由多个四面体组成的集合，逐个确定集合中四面体孔隙体积的过程为：

经Delaunay四面体剖分后的颗粒堆积体系由相互独立、互不重叠的多个四面体组成，其中每个四面体由四个顶角球体颗粒占据的固相以及孔隙相组成，固相为三个角点颗粒在表面上截交的扇形区域总和，孔隙相即为四面体减去四个顶角球体颗粒所占据固相的余相，四面体的孔隙相即为四面体孔隙，孔隙相对应的体积即为该四面体的孔隙体积；

对允许重叠存在的球体堆积体系，因其结构复杂，采取下述方案进行计算：

在四面体中随机放入N个粒子，粒子坐标由蒙特卡洛法生成，统计落在孔隙中的粒子个数n，V_t为四面体体积，则四面体中的孔隙体积V_p可由公式一计算：

V_p = (n / N) * V_t（1）；

其特征在于：判断每个四面体孔隙的连通性的过程为首先遍历判断相邻四面体孔隙连通关系后，再判断所有四面体孔隙的连通性；

四面体具有四个三角形表面，每个三角形表面由固相和孔隙相组成，其中表面固相为三个角点颗粒在表面上截交的扇形区域总和，表面孔隙相即为该四面体表面减去相应固相的余相；表面孔隙相是连接该四面体孔隙与其临近四面体孔隙的通道最窄处的横截面，即为咽喉横截面；

当任意两个相邻四面体孔隙之间的咽喉横截面被球体颗粒完全填充时，表明该两个相邻四面体孔隙之间的连接关系为相互阻绝关系，即不存在连通关系；当任意两个相邻四面体孔隙之间的咽喉横截面未被球体颗粒完全填充，存在空隙，表明该两个相邻四面体孔隙之间的连接关系为连通关系，依次类推，遍历判断相邻四面体孔隙连通关系即可；

判断所有四面体孔隙的连通性的过程为：

采用连通性算法判断四面体孔隙为连通孔隙还是非连通孔隙，具体步骤为：

步骤一：为每个四面体编号并将按序储存在一个数组中；

步骤二：遍历寻找所有相邻四面体孔隙之间的连通关系；

步骤三：遍历输入相邻四面体孔隙之间的连通关系后，当两个相邻四面体孔隙连通，则把该两个相邻四面体孔隙以及其它与该两个相邻四面体同编号的四面体孔隙的编号修改为同一个值；

步骤四：根据四面体孔隙的编号，把多个四面体孔隙划分为不同的孔隙集，处于同一个孔隙集中的所有四面体孔隙的编号相同；

步骤五：对非周期性重复球体堆积体系，逐一检查每个孔隙集中是否存在处于对立面的两个孔隙，当一个孔隙集中存在处于对立面的两个孔隙时，表明该孔隙集中的孔隙为连通孔隙；当一个孔隙集中不存在处于对立面的两个孔隙时，表明该孔隙集中的孔隙为非连通孔隙；

步骤六：对服从周期性重复边界的球体堆积体积，逐一检查多个孔隙集中是否存在满足周期性重复条件的两个孔隙，当一个孔隙集中存在满足周期性重复条件的两个孔隙时，表明该孔隙集中的所有孔隙为连通孔隙；当一个孔隙集中不存在满足周期性重复条件的两个孔隙时，表明该孔隙集中的所有孔隙为非连通孔隙，依次类推从而完成所有Delaunay四面体孔隙的连通性判断过程。

2.根据权利要求1所述的一种水泥基材料颗粒堆积体系孔隙连通性分析方法，其特征在于：球体颗粒堆积模型的连通孔隙率计算过程如下：

对所有四面体孔隙的连通性判断完毕后，将判断为连通孔隙的四面体孔隙的体积进行累加求和，连通孔隙的四面体孔隙的体积总和为V_cp；球体颗粒堆积模型的连通孔隙率即为V_cp除以球体颗粒堆积模型的总体积；球体颗粒堆积模型的孔隙连通度即为V_cp除以球体颗粒堆积模型的总孔隙体积，从而得到球体颗粒堆积模型的连通孔隙率以及孔隙连通度。