[发明专利]一种重力堆积结构和随机泡沫结构的构建方法

摘要

本发明提供一种重力堆积结构和随机泡沫结构的构建方法，包括：在离散元软件中输入初始化参数；由离散元软件得到单元体形变值；确定单元体的虚构边界、接触搜索与检测，形成堆积床数据信息；根据堆积床数据信息确定各单元体对应画图指令；在Gambit软件中建立堆积床实体；通过Gambit软件将堆积床实体中的气、固相反转得到泡沫结构实体；在Gambit软件中对两种实体建模生成网格数据；将网格数据导入Fluent软件，得到两种实体的比表面积和孔隙率。该方法满足现有堆积模型构建方式不具有的位置随机性；确保生成的堆积床实体或泡沫结构实体与实际材料高度相似；能快速实现虚拟堆积中堆积床和泡沫结构的仿真和再现。

主权项

1.一种重力堆积结构和随机泡沫结构的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，在离散元软件LIGGGHTS中，输入初始化参数，所述的初始化参数包括堆积单元体几何特征、单元体材料力学性质、堆积床区域的几何特征、壁面硬度、下落高度和下落区面积；(1)堆积单元体几何特征利用rand随机函数定义单元体大小，设定单元体特征尺寸，随机生成不同大小的单元体，多个单元体构建成堆积床，堆积床处理后生成具有随机孔隙大小的泡沫结构；所述的单元体为长方体或椭球体，长方体三棱比例固定，椭球轴间比例固定；所述的长方体最大棱长为0.8mm‑1.2mm；椭球体长轴长度为0.8mm‑1.2mm；(2)用离散元软件LIGGGHTS定义单元体材料力学性质，所述的力学性质包括硬度和弹性形变率；(3)堆积床区域的几何特征在离散元软件LIGGGHTS中，将堆积床区域设置为长方体或圆柱体，设定堆积床区域的几何尺寸，堆积床区域的几何尺寸大于单元体最大特征尺寸的4倍；(4)在离散元软件LIGGGHTS中，定义堆积床区域壁面硬度、单元体下落高度和下落区域面积；当堆积床区域为长方体时，单元体的下落高度高于长方体最大边长的1.5倍，当堆积床区域为圆柱体时，单元体的下落高度高于圆柱体轴向长度的1.5倍，单元体下落后随机分布；所述的下落区域面积小于堆积床区域的截面积，大于单元体的最大截面积；第二步，在离散元软件LIGGGHTS中设定重力、浮力、磁场力、范德瓦尔力的力场模型，建立力平衡方程；结合单元体材料力学性质，对每个时间步长中单元体受力变形分析，得到随时间变化的单元体形变值；第三步，通过离散元软件LIGGGHTS，将单元体的虚构边界设置为球体边界，使非球体结构的最大截面积与虚构边界的最大截面积相等；单元体按初始化参数下落，在单元体下落过程中采用格子模型搜索方式，检测单元体是否存在接触及接触点位置，判断单元体是否碰撞；碰撞后单元体形变由单元体形变值确定，单元体碰撞停止后得到堆积床模型，形成堆积床数据信息；第四步，将堆积床数据信息导入Matlab软件中，提取各单元体的几何中心坐标、特征尺寸和转角变量，得到各单元体对应的画图指令；在Matlab软件中，通过for循环，将堆积床单元体数组B(i，j)的信息，通过fprintf语句生成Gambit软件能够识别的建模指令,并写入Journal文件中；所述的单元体数组B(i，j)由单元体的几何中心坐标、特征尺寸和转角变量构建成，其中i为单元体ID，j为数组ID，当j＝1时，B(i，j)表示第i个单元体的几何中心坐标；当j＝2，3...，1+n时，B(i，j)表示第i个单元体的特征尺寸,n为该单元体特征尺寸个数；当j＝2+n，3+n...，1+n+m时，B(i，j)表示第i个单元体的转角变量，m为该单元体转角变量个数；第五步，在Gambit软件中读入Journal文件，自动批量生成堆积单元，得到堆积床实体；第六步，在Gambit软件中应用subtract命令，将堆积床实体中气相与固相反转得到泡沫结构实体；第七步，利用Gambit软件对堆积床实体或泡沫结构实体建模，划分网格，生成网格数据；第八步，将网格数据导入到Fluent软件中，利用Fluent软件对堆积床实体或泡沫结构实体进行面积分及体积分，计算得到堆积床实体或泡沫结构实体的比表面积和孔隙率。