[发明专利]一种水泥基材料颗粒堆积体系孔径分布计算方法

权利要求书

1.一种水泥基材料颗粒堆积体系孔径分布计算方法，球体堆积体系孔径分布计算方法为首先建立球体颗粒堆积几何模型，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，然后逐一获取集合中四面体的孔隙孔径和孔隙体积，最后进行信息统计并作计算分析，从而获取堆积体系孔隙结构孔径分布信息的过程；

建立球体颗粒堆积几何模型的过程为：

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，形成球体颗粒堆积几何模型；

在球体颗粒堆积几何模型的建立过程中，当堆积体系不允许颗粒重叠情况存在时，则需要执行球体相交检测，即投入第i个球体时，需要对任意小于i的j都满足公式（1）：

|(X_i, Y_i, Z_i) – (X_j, Y_j, Z_j)| R_i + R_j（1）

上式中(Xi, Yi, Zi)为第i个投入球体的笛卡尔坐标，(Xj, Yj, Zj)为第j个投入球体的笛卡尔坐标，Ri为第i个投入球体的半径，Rj为第j个投入球体的半径；

当堆积体系允许颗粒重叠情况存在时，则无需检测球体相交，直接把所有球体颗粒随机投放到区域内即可；

当球体颗粒堆积几何模型为低孔隙率无重叠球体堆积体系时，采取压缩移动策略确保所有球体颗粒在立方体填充空间内处于无重叠容纳状态，从而满足公式（1）的计算要求，压缩移动策略的操作过程为：

首先把球体颗粒投入到膨胀的立方体空间中，立方体空间的膨胀通过放大立方体边长至两倍实现，此时的立方体空间的体积为原来立方体空间体积的八倍，在投入球体颗粒不变的情况下膨胀立方体空间中的填充密度仅为目标填充密度的八分之一，将所有球体颗粒投入到膨胀立方空间中后，再随机移动球体颗粒，并确保移动时避免每个被移动的颗粒与其它颗粒发生碰撞；然后，确定所有颗粒两两相互之间的最短表面距离，并用该表面距离除以两个最近颗粒的中心距离，作为压缩率，再按压缩率压缩立方体填充区域，压缩时所有球体颗粒的半径不变，坐标等量缩小；最后，重复执行球体颗粒移动和填充空间压缩两步骤，直至膨胀的立方体空间被压缩至其初始设定大小，至此，完成了目标低孔隙率无重叠球体堆积模型建立过程；

基于球体颗粒堆积几何模型，对球心点集执行Delaunay四面体剖分的操作过程为：

根据球体颗粒堆积几何模型信息，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；

其特征在于：

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的孔隙孔径和孔隙体积的过程为：

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，其中每个四面体由顶角球体颗粒占据的固相以及孔隙相组成，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；

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；咽喉横截面对应的内切圆的半径即为四面体孔隙的吼径，因一个四面体有四个表面，即一个四面体孔隙对应有四个咽喉横截面和与四个咽喉横截面一一对应的四个吼径；当把四面体孔隙视为一个球形整体时，该球形整体对应的尺寸即为该四面体孔隙的孔体孔径。