[发明专利]基于图形算法的离散元孔隙率计算与插值优化方法及系统

说明书

本公开涉及岩土数值仿真技术领域，提出了基于图形算法的离散元孔隙率计算与插值优化方法及系统，首先采用Delaunay三角网格剖分技术以离散颗粒点集坐标为结点进行三角面/体网格剖分，然后Voronoi算法构建泰森多边形，同时采用图形算法计算当前多边形的孔隙率，并判断是否需要进一步的插值优化处理，从而实现整个离散元计算数据的均匀连续化处理与光滑性展示。本发明可克服了当前离散元计算中颗粒展示效果差等问题，基于Voronoi多面体图形算法自动计算局部孔隙率，并定量判别是否需要插值优化处理，可实现非均匀离散元颗粒信息的均匀连续化优化处理，适用性和准确性得到了大大提高。

技术领域

本公开涉及岩土数值仿真相关技术领域，具体的说，是涉及一种基于图形算法的离散元孔隙率计算与插值优化方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。

随着现代交通、水利水电等基础设施的大力发展，一大批隧道、桥梁、路基、边坡、大坝等复杂的岩土工程问题也应运而生。面对这些复杂问题的设计和分析评价，传统的理论解析方法常常束手无策，这就为数值计算方法的发展带来了难能可贵的机遇。数值计算方法的突出优点是借用先进的计算机技术进行工程问题的快速求解和分析，在求解过程中能够较好地考虑诸如岩土介质的各向异性、非均质特性、不连续性以及非线性特性和复杂外力边界条件等一种或多种条件的组合条件。

颗粒离散单元法是由PA Cundall提出来的一种数值模拟方法。采用颗粒离散元进行岩土工程问题数值模拟时，首先将岩土体假定为一系列具有相互作用关系的颗粒集合体，然后针对每个颗粒单元进行受力分析、运动方程求解，进而获得整个岩土体的力学行为特征。目前，颗粒离散元在岩石力学、土力学、流体力学等领域均有着广泛的应用，是计算力学领域发展最快的方法之一。

发明人在研究中发现，由于离散元是将计算域离散为有限数量具有接触作用关系的颗粒单元，在计算结果的处理和展示方面存在不连续的问题，不利于计算结果与试验结果的对比分析。如专利“适用于离散元计算信息连续化展示的数据处理分析方法”公开了一种适用于离散元计算数据连续化展示的处理方法，但仅适用于均匀分布颗粒的离散数据处理，对于非均匀随机分布的离散元颗粒处理时，在边界上存在尖角、不连续面等缺陷，光滑处理效果欠佳，甚至根本无法生成连续界面，严重影响了数值计算结果的展示效果。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种基于图形算法的离散元孔隙率计算与插值优化方法及系统，克服了当前离散元计算中颗粒展示效果差等问题，基于Voronoi多面体图形算法自动计算局部孔隙率，并定量判别是否需要插值优化处理，可实现非均匀离散元颗粒信息的均匀连续化优化处理，适用性和准确性得到了大大提高。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一个或多个实施例提供了基于图形算法的离散元孔隙率计算与插值优化方法，包括如下步骤：

针对岩土工程问题进行数值模拟，得到计算域内非均匀随机分布的空间离散点集；

对空间离散点集进行不规则网格剖分，得到四面体网格；

基于得到的四面体网格，并构建对应每个离散点的多面体空间网格；

采用多面体图形算法计算当前离散点坐标处的孔隙率；

当孔隙率大于设定值，在当前颗粒位置处插入新的颗粒单元进行非均匀离散点集的优化处理，将优化后的离散颗粒点集进行连续化处理。

一个或多个实施例提供了基于图形算法的离散元孔隙率计算与插值优化系统，包括：

空间离散点集获取模块：被配置为用于针对岩土工程问题进行数值模拟，得到计算域内非均匀随机分布的空间离散点集；

四面体网格生成模块：被配置为用于对空间离散点集进行不规则网格剖分，得到四面体网格；