[发明专利]一种基于发泡过程的泡沫细观结构建模方法

权利要求书

1.一种基于发泡过程的泡沫细观结构建模方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：确定泡沫材料发泡过程中孔泡的生长规律，所述生长规律包括孔泡分布规律、开始生长的时刻的分布规律、孔泡相对生长速度和孔泡定型过程；

步骤2：确定泡沫的表观特征和孔穴特征，所述泡沫表观特征包括孔隙率、开孔率，所述孔穴特征包括孔穴形状、韧带形状、孔穴尺寸及其标准差、孔穴位置分布均匀度；

步骤3：设置发泡空间中目标发泡区域尺寸，并按照步骤1的开始生长的时刻的孔泡分布规律将目标数量的成核点撒在发泡空间中，并进行成核点均匀度控制；所述均匀度控制包括发泡区域分割和撒点以及成核点距离调控；成核点撒完后，布置完成，计算并输出每个成核点的坐标和成核点的分布均匀度；

步骤4：为步骤3中的每个成核点赋予随机开始生长时刻，达到开始生长时刻后成核点开始吸收其周围胶质体中析出的气体，孔泡逐渐长大；孔泡生长过程中计算发泡区域的孔隙率，当孔隙率接近目标孔隙率时减小气体析出速率以降低孔泡生长速度，使孔隙率收敛到目标孔隙率；达到目标孔隙率后孔泡生长完成；孔泡生长完成后输出所有孔泡尺寸及其标准差，并与步骤2得到的孔穴尺寸及其标准差对比，验证孔穴尺寸的有效性；

步骤5：将步骤3中计算得到的每个成核点的坐标和步骤4中得到的孔泡尺寸导入三维建模软件中，建立所有孔泡的几何模型，并建立发泡区域的几何模型，将发泡区域的几何模型与所有孔泡的几何模型布尔减后获得泡沫的三维细观结构可视化模型。

2.根据权利要求1所述的基于发泡过程的泡沫细观结构建模方法，其特征在于：所述步骤3中，成核点撒的均匀度控制的方法如下：

(1)发泡区域分割和撒点：将发泡区域分割成多个尺寸相等的格子，格子的形状和尺寸由泡沫孔穴的形状和尺寸确定，格子的数量应大于目标成核点数量然后在每个格子中随机撒一个点；

(2)成核点距离调控：设置点合并的临界距离，判断所撒各点间的距离，将距离小于临界距离的两个点合并为一个点，并放置到的所述两个点的中间位置，逐步增大临界距离并合并距离小于临界距离的点，直到发泡区域中撒点数等于目标成核点数；初始撒点数越多，成核点分布就越均匀。

3.根据权利要求1所述的基于发泡过程的泡沫细观结构建模方法，其特征在于：所述步骤4中，为每个成核点赋予随机开始生长时刻的方法为：选择随机均匀分布、二次分布、正态分布、指数分布中与步骤1中成核点开始生长的时刻的分布规律近似的分布函数，为步骤3中的成核点赋予开始生长时刻，先设置中成核点最晚开始生长时刻t₀，使用分布函数为每个成核点随机赋予0～t₀间的开始生长时刻。

4.根据权利要求1所述的基于发泡过程的泡沫细观结构建模方法，其特征在于：所述步骤4中，孔泡逐渐长大过程由气体析出厚度和气体析出速率控制，即孔泡生长时成核点或孔泡从周围厚度为气体析出厚度范围内的胶质体中吸收气体，且建模程序每单步计算时孔泡从单位体积的胶质体种吸收的气体量为气体析出速率；气体析出厚度范围内的胶质体体积通过数格子方法确定：将发泡区域分割成多个格子，当格子的中心点为气体时将该格子记为气体，否则记为胶质体，通过确定胶质体格子的数量，确定孔泡的气体析出厚度范围内的胶质体体积，在保证计算效率的基础上格子的数量应该尽量大，以保证胶质体体积的计算精度。

5.根据权利要求1所述的基于发泡过程的泡沫细观结构建模方法，其特征在于：所述步骤4中，发泡过程中的孔隙率同样通过数格子方法确定，将整个发泡区域分割成多个格子，当格子的中心点为气体时将该格子记为气体，否则记为胶质体，发泡区域内气体格子的数量与所有格子数量的比值即为发泡区域的孔隙率；同样在保证计算效率的基础上格子的数量应该尽量大，以保证孔隙率的计算精度。

6.根据权利要求1所述的基于发泡过程的泡沫细观结构建模方法，其特征在于：所述步骤1中的泡沫为开孔泡沫、闭孔泡沫以及同时存在开孔和闭孔的泡沫，所述孔穴为球形、椭球形或多面体，孔穴韧带横截面形状为圆柱、多面体以或普拉特奥形状。