[发明专利]一种三维随机裂隙模型建立方法

说明书

本发明公开了一种三维随机裂隙模型建立方法，包括：根据所需模型要求，确定模拟区域的形状，并设置模型尺寸数据；根据所需模型要求，确定主生裂隙方向与次生裂隙方向；根据所需模型要求，确定建立裂隙的种类；根据所需模型要求，定义裂隙的尺寸数据；根据所需模型要求，定义裂隙数量或模型整体孔隙率；生成裂隙模型。本发明提供的裂隙模型建立方法具有方便高效且成本较低的优点。

技术领域

本发明涉及随机裂隙模型建立技术领域，特别涉及一种三维随机裂隙模型建立方法。

背景技术

随着各领域相关研究的进步与计算机技术的发展，各种数值模拟技术在材料特性研究方面得到广泛应用。而现实中材料内部往往并非均匀致密，而是遍布裂隙和孔隙，裂隙的存在会对材料的物理力学性质产生明显的影响，致使运用简单建模形成的致密模型进行数值模拟获得的结果难以匹配实际情况。

通常的解决方法是在模型内部大致位置建立几条大裂隙，但是这种方法与实际情况不同，不能描述真实的裂隙情况。还有一种方法是CT扫描现实试样图像处理后建模的方法，对于真实材料情况有良好的模拟效果，但耗费成本较高，且需要基于实际材料，对模型尺寸形状有限制。同时，由于裂隙存在对于材料强度往往存在折减效果，如果不考虑裂隙进行模拟，往往会高估材料强度和其安全性。因此如何进行一种方便高效且成本较低的随机裂隙三维模型建立是目前需要解决的问题。

此外，裂隙的发育往往并不是完全随机分布，而是沿着一条或多条节理方向沿伸，同时又不是严格平行，而是具有着一定范围内的偏向。因此通过简单建模手段中人为设置的直线裂隙与真实裂隙情况不符合。为解决这些问题导致材料物理力学性质研究中的困难，需要寻找一种高效的三维随机裂隙模型生成方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种方便、高效且成本较低的三维随机裂隙模型建立方法。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供如下方案：

一种三维随机裂隙模型建立方法，包括以下步骤：

步骤1，根据所需模型要求，确定模拟区域的形状，并设置模型尺寸数据；

步骤2，根据所需模型要求，确定主生裂隙方向与次生裂隙方向；

步骤3，根据所需模型要求，确定建立裂隙的种类；

步骤4，根据所需模型要求，定义裂隙的尺寸数据；

步骤5，根据所需模型要求，定义裂隙数量或模型整体孔隙率；

步骤6，生成裂隙模型。

优选地，所述步骤1中，生成模型包括长方体、椭球体、球体、圆柱体；其中，长方体的尺寸数据包括长Ls、宽Ws、高Hs；椭球体的尺寸数据包括三轴长度As、Bs、Cs；球体的尺寸数据包括半径Rs；圆柱体的尺寸数据包括半径Rs、高Hs。

优选地，所述步骤2中，通过定义裂隙的多种方向并进行权重赋值来决定产生的随机裂隙的朝向，并以此模拟模型的主生裂隙方向与次生裂隙方向。

优选地，所述步骤3中，所述裂隙的种类包括椭球体裂隙和八面体裂隙。

优选地，所述步骤4中，依据需求选择椭球体裂隙或八面体裂隙，并定义裂隙三轴长度At、Bt、Ct与裂隙尺寸波动范围a_t、b_t、c_t，使裂隙尺寸在所需范围内随机变化。

优选地，所述步骤5中，孔隙率定义为模型中所有裂隙体积之和与模型体积之比；模型生成过程中，孔隙率的判定是指在生成每个裂隙后，计算所有裂隙体积之和与模型体积的比值，根据比值判断是否达到设定的孔隙率。