[发明专利]一种含随机非规则多面体孔洞缺陷的脆性材料生成方法

摘要

本发明公开了一种含随机非规则多面体孔洞缺陷的脆性材料生成方法，主要用于工程陶瓷等脆性材料的离散元仿真研究。首先，建立一个封闭区域，在其内部生成一定数量且具备相应属性的颗粒，该颗粒服从随机分布且紧密排列；然后，选择合适的接触模型，对颗粒赋予一定强度的接触键；其次，确定一定数量的位置以及形状随机的非规则多面体孔洞缺陷。最后，删除孔洞内的颗粒，形成孔洞缺陷。本方法易于编程实现，更符合实际脆性材料中缺陷存在状态，使仿真结果更精确，更符合实际情况，提高仿真实验的有效性。

主权项

1.一种含随机非规则多面体孔洞缺陷的脆性材料生成方法，其特征在于，建模步骤如下：(1)在一封闭的计算区域内生成一定数量的颗粒，对颗粒的密度、阻尼、刚度属性及颗粒间接触模型的属性进行赋值，并通过颗粒的相互作用使其达到稳定紧密排布的状态，得到脆性材料基础模型；(2)导入材料的孔隙率，运行位置随机函数，生成缺陷中心的位置以及间距；(3)生成位置及形状随机的非规则多面体：在计算区域内通过位置随机函数确定一定数量且位置随机的孔洞缺陷中心O_i并得到在全局坐标系G下缺陷中心O_i的坐标(a_i，b_i，c_i)；为控制表征孔洞缺陷多面体的形状，通过随机函数生成新坐标轴方向，该方向与全局坐标系夹角为(α_i，β_i，γ_i)，并以该新坐标轴方向建立新坐标系A_i，新坐标系A_i的原点为缺陷中心O_i，在坐标系A_i中的X_iO_iY_i面上以原点O_i为圆心随机生成两同心圆C_i、C_i′，在两同心圆间随机生成一个不规则多边形，多边形边数由随机函数控制生成的节点数k控制，且多边形的形状由各节点到多边形中心的距离及多边形的每条边对应的圆心角θ_ij控制；以多边形最长对角线为缺陷方向，若同时存在多条长度相等的最长对角线，则以顺时针方向生成多条相等的最长对角线与O_iX_i的夹角，选取夹角最大的最长对角线为缺陷方向，并以此为界将多边形划分为两部分，选取缺陷方向上两点坐标中X值最大点为起点，若两点坐标中X值相等，选取Y值最大的节点为起点，则缺陷中心上另一点为尾点；从该起点出发，绕顺时针方向保留由起点至尾点的所有节点在坐标系A_i中的坐标数据；在绕对角线旋转方向上顺时针依次随机生成h个旋转角δ_iq，原坐标系A_i依次按生成的旋转角δ_iq绕对角线顺时针旋转随机角度后，在同心圆范围内以随机函数改变节点(至)与圆心O_i间的距离且圆心角θ_ij不变，得到在旋转坐标系上新的节点坐标；再重复上述步骤直至回到初始位置，生成一系列空间内节点后，连接相同j值的节点生成三维的不规则多面体；(4)按照前述步骤在计算区域内循环生成多个位置随机且形状随机的多面体(K₁，K₂，K₃...K_u)；(5)含随机非规则多面体孔洞缺陷的生成：对计算区域内颗粒的球心进行逐一判别，若颗粒球心位于步骤(3)所述的多面体(K₁，K₂，K₃...K_u)内，则将颗粒予以删除；否则，予以保留。