[发明专利]采用重叠接触切割算法的二维超高体积分数混杂岩数值模拟模型的生成方法

权利要求书

1.采用重叠接触切割算法的二维超高体积分数混杂岩数值模拟模型的生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据颗粒级配曲线和骨料体积分数信息生成所有的多边形骨料的二维框架几何模型；

步骤2：利用离散元软件，根据多边形骨料框架生成相同大小、形状的刚性簇，并将模型边界设定为墙边界，保证骨料颗粒能在模型边界内，同时可模拟骨料在边界上的分布；

步骤3：运用离散元模拟刚性簇的碰撞，使骨料位置重新分布；待骨料颗粒碰撞达到平衡后获取重分布后骨料刚性簇轮廓的坐标信息，得到骨料颗粒随机分布的混杂岩几何模型，并保存为几何文件；

步骤4：采用接触重叠判断算法，处理混杂岩模型几何文件，获得整个模型的所有骨料颗粒的多边形实体，循环遍历所有骨料实体，寻找与周围多边形骨料颗粒存在接触重叠量的骨料，并判别接触重叠类型；

步骤5：根据骨料接触重叠类型，采用不同的接触重叠切割算法对接触重叠的骨料进行切割，每次切割后将对应骨料信息更新到多边形骨料实体的列表中；

步骤6：对更新后的骨料实体列表重复步骤5，直至边界内所有产生接触重叠量的多边形骨料均被切割、更新；

步骤7：将进行切割后的多边形骨料重新写成几何文件并导出；并对导出的几何文件中骨料颗粒实体的面积进行累加，获得最终的二维混杂岩模型中骨料颗粒的总面积S_a，并与模型边界区域面积S_b进行比值计算，得出切割后骨料的体积分数。

2.根据权利要求1所述的采用重叠接触切割算法的二维超高体积分数混杂岩数值模拟模型的生成方法，其特征在于，所述步骤1中，生成所有的多边形骨料框架的过程如下：

步骤1.1：在极坐标系中，以原点为基点，通过随机函数获得一系列随机半径和角度值，根据随机半径和角度得到一系列随机点，将这些点顺序连接得到多边形骨料；

步骤1.2：通过累加得到模型边界内所有骨料的总面积；根据颗粒级配曲线的骨料粒径区间进行划分，按照对应粒径区间内骨料的面积与所有骨料的总面积的比值来控制相应的粒径区间内骨料在模型中的占比；

步骤1.3：通过累加得到所有骨料的总面积，通过骨料的总面积与模型边界区域面积比值来控制混杂岩模型的体积分数。

3.根据权利要求2所述的采用重叠接触切割算法的二维超高体积分数混杂岩数值模拟模型的生成方法，其特征在于，所述步骤2中还包括如下步骤：采用明可夫斯基算法，以多边形骨料模型每个边的法向向外扩展，使所有骨料的轮廓向外延伸扩展；运用离散元模拟簇的碰撞，待骨料颗粒碰撞达到平衡后，再把骨料的外部轮廓恢复到扩展之前的状态。

4.根据权利要求3所述的采用重叠接触切割算法的二维超高体积分数混杂岩数值模拟模型的生成方法，其特征在于，所述步骤2中，生成刚性簇的方法具体如下：以各个骨料颗粒的多边形框架生成刚性簇的模板，以此模板作为生成与多边形骨料具有相同形状刚性簇的基础，然后采用Bubble Pack算法，用Pebble颗粒自动填充刚性簇模板，得到刚性簇。

5.根据权利要求4所述的采用重叠接触切割算法的二维超高体积分数混杂岩数值模拟模型的生成方法，其特征在于，所述步骤3中，刚性簇碰撞特性如下：

在离散元软件中通过离散单元法模拟刚性簇之间的碰撞，所述模型的边界为矩形，将模型的边界设置成刚性的墙，并赋予刚度，同时给骨料刚性簇也赋予接触模型和刚度，由于墙和骨料都存在刚度，产生重叠时就会碰撞、弹开；通过骨料刚性簇之间的相互碰撞、弹开和骨料刚性簇与墙边界之间的碰撞，实现骨料颗粒的重分布，并允许模型的边界上存在骨料颗粒。

6.根据权利要求5所述的采用重叠接触切割算法的二维超高体积分数混杂岩数值模拟模型的生成方法，其特征在于，

设置模型边界墙的刚度远大于骨料刚性簇的刚度；针对位于一侧边界墙上的骨料颗粒，超出该侧边界的部分通过周期性边界被放置到与之对称的另一侧边界上；位于模型边界角点上的骨料颗粒被分为四部分，通过周期性边界分别放置到模型边界对应的四个角点内部。