一种基于网格化的颗粒模型损伤表征方法技术

本发明专利技术公开一种基于网格化的颗粒模型损伤表征方法，包括如下步骤：(1)在颗粒流软件中建立岩石颗粒模型并进行计算；(2)建立覆盖岩石颗粒模型的多边形网格；(3)使用建立的网格单元对模型内的Contact和Fracture进行分组，确定各网格单元内的Contact和Fracture个数；(4)计算各网格单元内的损伤值；(5)将各网格单元的中心坐标以及对应损伤值导出到后处理软件中，获得模型的损伤分布；(6)统计各损伤区间内网格单元的个数。本发明专利技术实现了对损伤大小和分布的定量表征，进一步扩展了颗粒流方法的应用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种基于网格化的颗粒模型损伤表征方法
本专利技术涉及一种损伤表征方法，特别涉及一种基于网格化的颗粒模型损伤表征方法，属于岩体力学领域。
技术介绍
损伤作为一种定量反映岩体的宏观破坏情况的参数，意义明确，便于理解，在表征工程岩体的破坏中广泛使用。颗粒流方法使用大量颗粒构建复杂模型，通过颗粒间的接触传递力和位移，能够准确模拟出模型的微观破坏特点以及裂隙发育情况。颗粒流方法的计算结果为颗粒间微观作用的直接表现，并非模型宏观损伤的定量表征，导致该方法难以定量表征损伤的分布和大小。如何在颗粒流计算结果的基础上定量表征损伤的分布和大小，使颗粒流方法不仅能够刻画模型的微观破坏，也能表征工程岩体的宏观损伤，这对进一步扩展该方法的应用范围有重要意义。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有方法难以定量表征模型损伤的问题，本专利技术提供一种基于网格化的颗粒模型损伤表征方法。技术方案：本专利技术所述的一种基于网格化的颗粒模型损伤表征方法，包括如下步骤：(1)在颗粒流软件中建立岩石颗粒模型并进行数值计算；(2)建立覆盖颗粒模型的多边形网格；(3)使用多边形网格的网格单元对颗粒模型的Contact和Fracture进行分组，确定各网格单元内Contact和Fracture的个数；(4)计算各网格单元内的损伤值；(5)将各网格单元的中心坐标以及对应损伤值导出到后处理软件中，获得模型的损伤分布；(6)统计各损伤区间内网格单元的个数，以此表征模型的损伤情况。<br>优选的，步骤(2)中，多边形网格的建立方法为：A、根据模型的大小设置多边形网格中网格单元的形状以及横向、纵向上网格单元的数量，确定每个网格单元的边长；B、根据每个网格单元的边长和在模型中的位置，确定各网格单元的顶点坐标；C、利用各网格单元的顶点坐标分别在不同Geometry集合内建立对应的网格单元；D、循环执行B～C直至整个模型被多边形网格覆盖。上述步骤(3)中，使用网格单元对颗粒模型的Contact和Fracture进行分组的方法为：将每个网格单元划分一个组别，遍历每一网格单元，当Contact或Fracture的中心点指向任意方向的射线与某一个网格单元的交点个数为奇数时，相应的Contact或Fracture在该网格单元内，并将其划分为该网格单元所在组别；当交点个数为偶数时，相应的Contact或Fracture不在该网格单元内。步骤(4)中，某一网格单元内的损伤值D可根据下式计算：式中，Nc为该网格单元内Contact的个数，Nf为该网格单元内Fracture的个数。步骤(6)中，具体而言，可设置数值间隔建立损伤值的数值区间，根据模型中各网格单元损伤值的大小，统计各损伤区间内网格单元的数量并绘制损伤分布直方图，定量表征模型的损伤程度及不同程度损伤的分布情况。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的优点为：本专利技术通过网格化的方法对模型不同位置的损伤进行计算，并将所获得的损伤大小及位置导出至后处理软件获得整个模型的损伤分布，最后统计各损伤区间内损伤单元的个数，实现了对颗粒模型中损伤大小和分布的定量表征，对进一步扩展颗粒流方法的应用范围起到积极作用。附图说明图1为本专利技术的一种基于网格化的颗粒模型损伤表征方法流程图；图2为实施例中建立的凿岩模型；图3为实施例中模型的裂隙发育情况；图4为实施例中针对模型建立的多边形网格；图5为实施例中模型的损伤分布云图；图6为实施例中模型的损伤值分布直方图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。如图1，本专利技术的一种基于网格化的颗粒模型损伤表征方法，包括如下步骤：(1)在颗粒流软件中建立岩石颗粒模型并进行数值计算；(2)建立覆盖颗粒模型的多边形网格；具体建立方法为：A、根据模型的大小设置多边形网格中网格单元的形状以及横向、纵向上网格单元的数量，确定每个网格单元的边长；B、根据每个网格单元的边长和在模型中的位置，确定各网格单元的顶点坐标；C、利用各网格单元的顶点坐标分别在不同Geometry集合内建立对应的网格单元；D、循环执行B～C直至整个模型被多边形网格覆盖。(3)使用多边形网格的网格单元对颗粒模型的Contact和Fracture进行分组，确定各网格单元内Contact和Fracture的个数；分组方法为：将每个网格单元划分一个组别，遍历每一网格单元，当Contact或Fracture的中心点指向任意方向的射线与某一个网格单元的交点个数为奇数时，相应的Contact或Fracture在该网格单元内，并将其划分为该网格单元所在组别；当交点个数为偶数时，相应的Contact或Fracture不在该网格单元内。分组完成后，根据分组情况对各网格单元内的Contact和Fracture数量进行确定。(4)计算各网格单元内的损伤值；某一网格单元内的损伤值D根据下式计算：式中，Nc为该网格单元内Contact的个数，Nf为该网格单元内Fracture的个数。(5)将各网格单元的中心坐标以及对应损伤值导出到后处理软件中，获得模型的损伤分布；(6)统计各损伤区间内网格单元的个数，以此表征模型的损伤情况。按照一定数值间隔建立损伤值的数值区间，根据模型中各网格单元损伤值的大小，统计各损伤区间内网格单元的数量，绘制损伤分布直方图，定量表征模型的损伤程度及不同程度损伤的分布情况。实施例以获得凿岩棒冲击下岩石的损伤情况为例，对本专利技术的一种基于网格化的颗粒模型损伤表征方法进行详细说明。1、在颗粒流软件内建立凿岩棒冲击岩石的颗粒模型，并进行数值计算。颗粒模型如图2所示，岩石在凿岩棒冲击下的裂隙发育情况如图3所示；2、设置网格单元在横、纵方向的个数，结合岩石颗粒模型的尺寸建立多边形网格，所建立的多边形网格如图4；随后利用该多边形网格将模型中的Contact和Fracture进行分组，即使用图4中水平方向40个、竖直方向40个、共1600个网格单元对模型中的Contact和Fracture进行了分组。3、通过统计各网格单元内Contact和Fracture的个数计算各网格单元内的损伤值，将各网格单元的中心坐标以及对应损伤值按照后处理软件所能读取的格式导出到后处理软件中，获得模型的损伤分布，如图5；本例将结果导出到Tecplot中，因此按照Tecplot的所能读取的格式导出。4、对各损伤区间内网格单元的个数进行统计，获得损伤分布直方图，如图6。从图中可以看出较高损伤值的网格个数较少，表明岩石在凿岩棒的冲击作用下岩石的破坏以裂隙发育为主，局部为粉碎破坏。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于网格化的颗粒模型损伤表征方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)在颗粒流软件中建立岩石颗粒模型并进行数值计算；/n(2)建立覆盖所述颗粒模型的多边形网格；/n(3)使用多边形网格的网格单元对颗粒模型的Contact和Fracture进行分组，确定各网格单元内Contact和Fracture的个数；/n(4)计算各网格单元内的损伤值；/n(5)将各网格单元的中心坐标以及对应损伤值导出到后处理软件中，获得模型的损伤分布；/n(6)统计各损伤区间内网格单元的个数，以此表征模型的损伤情况。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于网格化的颗粒模型损伤表征方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在颗粒流软件中建立岩石颗粒模型并进行数值计算；
(2)建立覆盖所述颗粒模型的多边形网格；
(3)使用多边形网格的网格单元对颗粒模型的Contact和Fracture进行分组，确定各网格单元内Contact和Fracture的个数；
(4)计算各网格单元内的损伤值；
(5)将各网格单元的中心坐标以及对应损伤值导出到后处理软件中，获得模型的损伤分布；
(6)统计各损伤区间内网格单元的个数，以此表征模型的损伤情况。


2.根据权利要求1所述的基于网格化的颗粒模型损伤表征方法，其特征在于，步骤(2)中，所述多边形网格的建立方法为：
A、根据模型的大小设置多边形网格中网格单元的形状以及横向、纵向上网格单元的数量，确定每个网格单元的边长；
B、根据每个网格单元的边长和在模型中的位置，确定各网格单元的顶点坐标；
C、利用各网格单元的顶点坐标分别在不同Geometry集合内建立对应的网格单元；
D、循环执行B～C直至整个模型被多边形网格覆盖。


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【专利技术属性】
技术研发人员：王环玲，马行生，孟庆祥，徐卫亚，刘士奇，王如宾，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32