[发明专利]一种随机分布微球的三维模型建立方法

说明书

本发明提出了一种随机分布微球的三维模型建立方法，本发明通过逐步删除网格的方式，避免相邻微球的重合；通过多尺寸微球逐次填充的方式，实现对任意微球尺寸、尺寸占比、随机分布微球模型的建立；通过对部分微球位置的微小移动，使微球空间排布填充更加合理，提高模型建立的成功率。

技术领域

本发明涉及一种构建三维介质模型建立方法，尤其涉及一种随机分布微球模型的建立方法。

背景技术

复合材料具有抗疲劳断裂性好、可设计性高等一系列的优点，因此，其成为在工程领域中研究的热点。在进行复合材料的理论研究时，常采用有限元建立模型的方法，而如何简单高效地建立合适的有限元模型是目前还需多加研究的问题。

有些复合材料在制作过程中需要按照一定的填充率加入不同尺寸的微粒，以实现相应的功能。近年来一些科研工作者对微粒的随机建模的相关问题进行了研究。有学者(一种适用于堆芯颗粒分布不确定性分析的三维高效随机排布方法[P]，2021，申请号：202110407487.5)介绍了一种随机微粒排布的建模方法，该方法虽保证了微粒的随机分布，但无法模拟不同半径的微粒以不同的填充率进行填充时的情况。目前的用来生成随机微粒分布三维模型的方法通常存在若干瑕疵：1.微粒分布在建模时不随机，只能按照特定的序列分布；2.无法预先设置微粒的填充率，建立的微粒随机分布模型与实际情况不相符；3.建模时微粒会出现重叠的情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微球相应的随机分布的三维模型建立方法，实现任意微球尺寸比例、任意填充率的随机分布微球模型的建立，满足不同半径的微粒以不同的填充率进行填充时的情况。

本发明的目的是这样实现的：

一种随机分布微球的三维模型建立方法，包括步骤如下：

步骤1，输入待构件模型的尺寸，模型的长、宽、高分别为a、b、c；输入微球整体的填充率v，微球的直径为D_n，微球的不同种类数目为k,不同尺寸微球数量的占比v_n，不同尺寸微球的数量为Nn由公式来计算，输入m值。

进一步地，步骤1中，m与网格的疏密程度有关，m值越大，网格划分的越密，建立的微球随机性越高，但计算量越大。用n来标记需要建立的不同尺寸的微球。

进一步地，步骤1中，a、b、c、v、D_n、v_n可以根据实际参数设置。v_n还可以结合材料实际参数，转化为体积占比、质量占比等。

步骤2，输入n＝1；

步骤3，填充直径为D_n的微球，以D_n的1/m为边长划分网格，删去网格中心与基体边界距离小于D_n/2的网格，删去与已有微球球心距离(D_n+D_ni)/2的网格；输入i＝0。

进一步地，步骤3中，i为…直径为D_n的微球的填充数，D_ni为已填充微球的直径；

步骤4，随机选择1个网格中心作为球心，球直径为D_n，保存该球心坐标与微球直径D_n，删去网格中心与新填充微球中心距离D_n的网格；令i＝i+1。

步骤5，判断已填充直径为D_n的微球数是否N_n，若是，则执行步骤6；若否,则执行步骤7；

步骤6，判断剩余网格数是否0，若是则重复步骤3；若否，则执行步骤8；

步骤7，判断n是否k，若是，则结束程序，输出所有的球心坐标与微球直径；若否，令n＝n+1,执行步骤3，填充下一个尺寸的微球；