[发明专利]一种非球形颗粒炸药三维形状建模方法

说明书

本发明公开了一种非球形颗粒炸药三维形状建模方法，包括以下步骤：步骤1，使用扫描电镜对炸药颗粒进行三个角度的二维形状拍照，标注颗粒的三维形状信息；步骤2，根据获得的颗粒的三维形状信息在三维绘图软件中重建该颗粒形状，并导出STL文件；步骤3，将STL文件导入DEM软件中，生成三角形面网格；步骤4，对三角形面网格进行四面体网格划分；步骤5，利用clump块体自动生成技术创建内部的小球并生成炸药颗粒三维clump块体：本发明提供了一种非球形炸药颗粒三维形状建模方法，建立了非球形炸药颗粒三维形状模型，可在较短时间内高效率地实现对不同尺寸、不同形状的炸药颗粒建模，获取了炸药颗粒的最佳模型参数。

技术领域

本发明涉及炸药实验室测量技术领域，具体涉及一种非球形颗粒炸药三维形状建模方法。

背景技术

炸药颗粒堆积对其装药安全性及力学性能有直接影响，对其进行精确建模是包括冲击起爆及非冲击点火等细观模拟计算的前提。

对于颗粒堆积现象的计算机模拟，模型和算法很多，而其中基于离散元方法(Discrete Element Method，简称DEM)模拟颗粒堆积的模型可以较好的模拟颗粒堆积动力学过程。DEM是研究不连续体力学行为的一种数值方法，它的基本原理是将散粒体分离成离散单元的集合，利用牛顿第二定律建立每个单元的运动方程，用动态松驰法迭代求解，从而求得散粒体的整体运动性态。该方法最初是由Cundall于1971年提出，经过近30年的发展，其原理和计算方法日趋成熟，应用也越来越广。

传统方法中利用DEM模拟颗粒一般用二维圆盘或者三维球形，如中国专利CN201810264491.9公开了一种炸药颗粒细观模型随机建模方法，通过指定矩形器壁区域填充比例以及炸药颗粒直径范围，创建炸药颗粒二维细观随机模型，该方法用于模拟二维圆盘颗粒。

但考虑到圆盘或球体相对于实际的不规则炸药颗粒形状太理想化，不能模拟出实际的堆积体特性，因此并不适用拥有不规则形状的颗粒炸药。为了解决这种局限性，许多文献提出了各种各样的构想，去模拟非圆形的颗粒外形，如2003年Ashmawy等在文章《Evaluating the influence of particle shape on liquefaction behavior usingDiscrete Element Method》中提出了一种更加精确的二维颗粒块体方法(OverlappingDiscrete Element Cluster,ODEC)去模拟实际颗粒的不规则形状。三维颗粒堆积可模拟出真实世界中的工程问题，通常需要更多的颗粒，并且边界条件也更加复杂。有学者针对特定颗粒进行三维建模，如Lin等基于椭圆体的离散元模拟。但目前关于三维颗粒实际形状的建模鲜有报道，这是因为一些研究方法上的局限性和困难性，比如三维图像信息的获取、海量信息的处理。

因此，迫切需要发明一种非球形炸药颗粒三维形状建模方法，对颗粒形状进行建模使其与实际颗粒相似。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种非球形颗粒炸药三维形状建模方法，解决现有技术中缺少一种炸药颗粒三维形状建模方法的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：一种非球形炸药颗粒三维形状建模方法，包括以下步骤：

步骤1，提取三维形状信息：使用扫描电镜对炸药颗粒进行三个角度的二维形状拍照，通过扫描电镜自带软件分析功能，标注颗粒的三维形状信息，包括颗粒长度、宽度、高度、周长、面积等信息；

步骤2，颗粒形状STL文件：将步骤1中获得的炸药颗粒的三维形状信息在三维绘图软件中重建该炸药颗粒形状，并导出STL文件；

步骤3，面网格划分：将步骤2中获得的STL文件导入DEM软件中，STL文件通过提取相关坐标节点数据来完成初始网格信息的录入，采用原子力显微镜方法将网格细化和粗化，生成三角形面网格；