一种水泥基材料颗粒三维随机投放的分层分区方法技术

本发明专利技术公开了一种水泥基材料颗粒三维随机投放的分层分区方法，包括以下步骤：水泥基材料待投放三维颗粒库的生成；颗粒投放序列的确定；投放区域的分层分区划分；颗粒的智能投放。本发明专利技术采用分层分区法将投放区域按一定次序划分，根据每次投放的实际情况选择不同的分区分层标识，初步实现智能化投放。克服了传统投放方法中水泥颗粒位置完全随机，以及无法模拟大体积混凝土施工过程中分段浇筑等实际工况的缺陷。通过本发明专利技术提出的分层分区投放方法可以构建适用于投放大量颗粒，模拟不同紧密程度的智能颗粒投放模型。

A stratified partition method for three-dimensional random delivery of cement based material particles

The invention discloses a layered and zoning method for three-dimensional random casting of cement based material particles, including the following steps: generation of three-dimensional particle library for cement base material, determination of particle delivery sequence, layering and partitioning of delivery area, and intelligent delivery of particles. The present invention adopts the hierarchical partition method to divide the putting area into a certain order, and selects different zoning labels according to the actual situation of each launch, and initially realizes intelligent placement. It overcomes the defects of traditional location method, such as the location of cement particles is completely random, and can not simulate the actual working conditions of mass concrete during construction. The method of delaminating and subdivision put forward by this invention can be used to construct an intelligent particle launch model which is suitable for placing a large number of particles and simulating different tightness.

【技术实现步骤摘要】
一种水泥基材料颗粒三维随机投放的分层分区方法
本专利技术涉及一种水泥基材料颗粒三维随机投放的数值模拟方法，具体是一种水泥基材料颗粒三维随机投放的分层分区投放方法。
技术介绍
在水泥基材料中进行颗粒的三维分层分区投放，可以真实模拟混凝土施工过程如浇筑，是研究真实颗粒粒径分布条件下水泥基材料宏观性能的基础。水泥基材料的颗粒三维随机投放过程的合理性会影响水泥基材料微观结构的数值模拟结果的合理性，进而影响对水泥基材料宏观性能的数值分析结果的可靠性。传统的水泥颗粒三维随机投放法可以模拟颗粒在投放区域内随机投放的结果，将水泥颗粒按半径从大到小逐个在整个投放区域内随机生成位置，仅保证颗粒之间不重叠，该方法可以简单高效地在投放区域进行随机投放，但在投放大量水泥颗粒时存在半径较小的颗粒在最后无法找到合适的随机投放位置的缺陷。实际混凝土浇筑要求按一定厚度、次序、方向分层浇筑，保证混凝土底部浇筑密实。尤其是在模拟大体积混凝土浇筑过程时，更需要分层分区投放，才能缩短工期、提高效率。而传统的随机投放方法由于在整个区域随机投放，无法保证投放底部区域的颗粒堆积足够密实，且无法根据实际投放情况智能投放，将水泥颗粒投放至合适的区域，减少后续振捣达到整体密实平衡的时间。另外，水泥基材料颗粒分布的紧密程度会影响水泥基材料的宏观性能，而分区分层投放方法可以模拟不同紧密程度的颗粒分布，进而研究水泥基材料颗粒分布的紧密程度对水泥基材料的宏观性能的影响。因此，针对水泥基材料中的颗粒三维随机投放问题开展研究，提出合理的分层分区投放方法，构建颗粒分布均匀且符合实际的水泥基材料颗粒三维空间模型，对模拟真实的混凝土浇筑过程，优化大体积混凝土浇筑方案，具有十分重要的学术意义和工程应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述
技术介绍
的不足，提供了水泥颗粒随机投放的分层分区方法，根据不同的投放背景选择不同的换层换区标识可以有效模拟大体积混凝土浇筑施工过程，解决了以往数值模拟中颗粒投放模型与真实混凝土浇筑模型不符、无法智能地高效投放较大投放区域等技术问题。本专利技术通过下述技术方案实现上述目的：一种水泥基材料颗粒三维随机投放的分层分区方法，包括以下步骤：步骤一、建立水泥系统待投放水泥颗粒库：选定水泥颗粒形状，借助激光粒度分析仪获取待投放的水泥颗粒的粒径分布PSD，假定水灰比w/c，水泥密度为ρc，整个投放区域总体积为v，则水泥颗粒总体积为1/(1+ρc(w/c))×v。进而根据PSD，就可以确定每种不同粒径的水泥颗粒的个数及总个数N，生成待投放水泥颗粒库。步骤二、确定水泥颗粒投放序列：从步骤一生成的水泥颗粒库中利用随机数随机机逐个选出所有水泥颗粒，生成一个投放序列，即按随机选出的顺序给N个水泥颗粒进行排序。利用随机数随机选取一组半径的水泥颗粒，从该组中随机取出第一个颗粒，作为投放序列的第因个颗粒。重复上述步骤，依次取出颗粒库中的颗粒，产生序列中的第2、3、……N个颗粒。若随机选择的某半径组内颗粒为0，则产生新的随机数选择新的一组半径的颗粒。直至颗粒库内的颗粒都转移至颗粒投放序列。步骤三、颗粒投放区域的分层、分区：将整个水泥颗粒待投放区域按实际施工中浇筑混凝土方法进行分层，根据总的水泥颗粒个数，将整个投放区域以其高度方向分为至少两层；将每一层投放区域按实际混凝土浇筑的次序分区，每层投放区域划分为多个区；一般浇筑混凝土时先浇筑中间区域，则定义最先投放的中间区域为1区，剩下8个区依次定义为2至9区。步骤四、投放水泥颗粒：按步骤二中颗粒投放序列的顺序依次取出水泥颗粒投放到步骤三种已经划分好层、区的投放区中，直至投放完N个水泥颗粒；步骤四、分析投放区域水泥颗粒分布情况：分析整个投放区域内每层每区内不同粒径的颗粒个数，绘制表格，列出各个区内的水泥颗粒分布，并计算水泥颗粒一定范围内相邻颗粒的个数，用于评价水泥颗粒分区分层投放的质量。进一步改进，拟定水泥颗粒为球形。进一步改进，所述投放区域为100um*100um*100um的立方体，最小单元为尺寸为1um的正方体像素，即水泥和水占据106个像素的空间，代表水泥像素个数即1/(1+ρc(w/c))×1000000，每个像素对应一个唯一的三维坐标。进一步改进，所述投放水泥颗粒时，先浇筑底部的中间区域，然后接着投放该层其他区域，然后换层投放第二层中间区域，依次投放。进一步改进，进行水泥颗粒投放时，下一个颗粒投放的位置不得与当前区的颗粒位置有重叠，如果位置有重叠，就在当前区寻找随机寻找其他不重叠的位置；如果当前区内无法随机找到合适的投放位置，则换区投放。这个位置并不是某个像素坐标，以某坐标为球心，r为半径，生成的球，其他的球最多与这个球相切，不能重叠，在本申请中，只要求球心之间距离大于等于该球两个半径就保证不重叠了。进一步改进，所述对每个区内随机生成的颗粒位置需满足边界检测和接触检测。边界检测即当前要投放的颗粒球心到该区周围六个面的距离均大于等于该颗粒半径。接触检测为当前要投放的颗粒不得与之前投放的颗粒位置有重叠。满足边界检测和接触检测的颗粒即在该随机位置上投放成功。投放成功的颗粒即移出投放序列。如果不满足边界检测或接触检测，则重新寻找随机位置。超过100次还无法找到合适位置，就将该颗粒转移至投放序列的末位，投放颗粒投放序列中的下一个颗粒。进一步改进，进行颗粒投放时，换区投放的标识设为每个区投固定的颗粒个数n每个区投放的颗粒个数超过n即换区。进一步改进，所述n可以设为N/区的总个数，n为正整数。进一步改进，所述n为设定固定值，该固定值小于N。进一步改进，进行颗粒投放时，换区的标识设为当前区投满再换区投放，如果当前某个区所有待投放的颗粒均无法在该区生成合适的位置即换区。相对于现有技术，本专利技术具有如下有益效果：本方法的突出优点在于，分区分层投放方法适用投放大量三维颗粒，初步实现智能化投放水泥颗粒，可以模拟实际混凝土浇筑过程，且可模拟不同密实程度的投放系统，为优化大体积混凝土浇筑施工奠定基础。克服了传统的随机投放法所造成的颗粒投放位置完全随机，以及在大体积混凝土浇筑中应用效率太低等缺陷，使水泥颗粒在整个投放区域内分布更接近实际情况，且可根据投放要求智能化投放水泥颗粒。附图说明图1为本专利技术中水泥颗粒投放分析区域划分示意图。图2为本专利技术实施例1中颗粒投放过程示意图。图3为本专利技术中实施例1中水泥颗粒相邻颗粒个数示意图。图4为本专利技术实施例2中颗粒投放过程示意图。图5为本专利技术中实施例2中水泥颗粒相邻颗粒个数示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本专利技术实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例1：本实施例为水泥基材料三维颗粒分区分层投放方法的具体实例1，包括以下步骤：步骤1、水泥系统待投放水泥颗粒库的生成确定本实施例中待数值模拟的水泥基材料颗粒投放系统选用南京江南‐小野田水泥有限公司生产的PII52.5型硅酸盐水泥，获取该水泥颗粒真实的粒径分布信息如表1所示。假定本实施例中的水泥颗粒为球形，水泥颗粒投放系统的水灰比w/c、投放区域为100um*100um*100um的正方体，最小单元为尺寸为1um的正方体像素。因此水泥和水占据106个像素的空间，代表水泥像素个数即1/(1+ρc(w/c))×1000000。然本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水泥基材料颗粒三维随机投放的分层分区投放方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、建立待投放水泥颗粒库：选定水泥颗粒形状，借助激光粒度分析仪获取待投放的水泥颗粒的粒径分布，拟定投放水泥颗粒的水灰比为w/c、投放区域总体积为v、水泥密度为ρc，则水泥颗粒总体积为1/(1+ρc(w/c))×v；进而结合水泥颗粒的形状和粒径分布信息，确定每种不同粒径的水泥颗粒的个数及所有水泥颗粒总个数N，生成待投放水泥颗粒库，N为正整数；步骤二、确定水泥颗粒投放序列：从步骤一生成的水泥颗粒库中利用随机数随机逐个选出所有水泥颗粒，生成一个投放序列，即按随机选出的顺序给N个水泥颗粒进行排序；步骤三、颗粒投放区域的分层、分区：将整个水泥颗粒待投放区域按实际施工中浇筑混凝土方法进行分层，根据总的水泥颗粒个数，将整个投放区域以其高度方向分为至少两层；将每一层投放区域按实际混凝土浇筑的次序分区，每层投放区域划分为多个区；步骤四、投放水泥颗粒：按步骤二中颗粒投放序列的顺序依次取出水泥颗粒投放到步骤三中已经划分好层、区的投放区中，直至投放完N个水泥颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种水泥基材料颗粒三维随机投放的分层分区投放方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、建立待投放水泥颗粒库：选定水泥颗粒形状，借助激光粒度分析仪获取待投放的水泥颗粒的粒径分布，拟定投放水泥颗粒的水灰比为w/c、投放区域总体积为v、水泥密度为ρc，则水泥颗粒总体积为1/(1+ρc(w/c))×v；进而结合水泥颗粒的形状和粒径分布信息，确定每种不同粒径的水泥颗粒的个数及所有水泥颗粒总个数N，生成待投放水泥颗粒库，N为正整数；步骤二、确定水泥颗粒投放序列：从步骤一生成的水泥颗粒库中利用随机数随机逐个选出所有水泥颗粒，生成一个投放序列，即按随机选出的顺序给N个水泥颗粒进行排序；步骤三、颗粒投放区域的分层、分区：将整个水泥颗粒待投放区域按实际施工中浇筑混凝土方法进行分层，根据总的水泥颗粒个数，将整个投放区域以其高度方向分为至少两层；将每一层投放区域按实际混凝土浇筑的次序分区，每层投放区域划分为多个区；步骤四、投放水泥颗粒：按步骤二中颗粒投放序列的顺序依次取出水泥颗粒投放到步骤三中已经划分好层、区的投放区中，直至投放完N个水泥颗粒。2.根据权利要求1所述的水泥基材料颗粒三维随机投放的分层分区投放方法，其特征在于，拟定水泥颗粒为球形。3.根据权利要求2所述的水泥基材料颗粒三维随机投放的分层分区投放方法，其特征在于，所述投放区域为100um*100um*100um的立方体，最小单元为尺寸为1um的正方体像素，即水泥和水占据106个像素的空间，代表水泥像素个数即1/(1+ρc(w...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴胜兴，孙克纬，赵海涛，张风臣，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32