球体填充实现方法及计算机设备技术

本申请涉及一种球体填充实现方法及计算机设备，包括根据填充容器的结构参数和预设基底球体颗粒的数目，确定预设基底球体颗粒的球心坐标及球体半径，以生成基底模型。基底模型为分层次填充球体颗粒奠定了基础。在基底模型填充N层球体颗粒，直至达到预设填充率，N为大于等于0的正整数。填充每一层球体颗粒的步骤包括，获取上一层填充完成后形成的空隙的结构参数。根据获取的空隙的结构参数，确定需要再次填充的球体颗粒的数目、球心坐标及球体半径，其中，填充至填充容器中的任意两个相邻的球体颗粒外切。本申请利用一定数目、确切位置、不等径的填充球对圆形容器进行填充，并且填充过程中任意两个球体颗粒外切以实现最大填充率。

【技术实现步骤摘要】
球体填充实现方法及计算机设备
本申请涉及球体填充模拟计算领域，特别是涉及一种球体填充实现方法及计算机设备。
技术介绍
球形嵌套结构最大填充率的实现本质上是球形堆积问题，延伸到三维空间就是球体填充问题。球体填充问题是一个典型的多学科交叉的基础科学问题，在数学、物理化学、材料科学、生物科学、冶金工程、机械制造及岩土工程等多个领域都有着广泛的应用背景，因此一直以来受到科学家们的广泛关注和研究。对球体填充问题的研究最早可追溯到1611年开普勒提出的关于等径球体最密填充的猜想，但目前为止，关于球体填充的研究依然还不完善，例如关于非等径球体混合填充的研究尚不全面，各类球体填充算法有待完善等。
技术实现思路
基于此，本申请提供一种球体填充实现方法及计算机设备，以便提高计算效率并减少填充时间。一种球体填充实现方法，包括：根据填充容器的结构参数和预设基底球体颗粒的数目，确定所述预设基底球体颗粒的球心坐标及球体半径，以生成基底模型；在所述基底模型填充N层球体颗粒，直至达到预设填充率，所述N为大于等于0的正整数；填充每一层球体颗粒的步骤包括：获取上一层填充完成后形成空隙的结构参数；根据获取的所述空隙的结构参数，确定需要再次填充的球体颗粒的数目、球心坐标及球体半径；其中，填充至所述填充容器中的任意两个相邻的球体颗粒外切。在其中一个实施例中，所述填充容器的结构参数包括形状及尺寸，所述预设基底球体颗粒的球体半径相等且两两外切，并且所述基底模型中的基底球体颗粒组成一几何图形，所述几何图形的外边沿与所述填充容器内切。在其中一个实施例中，所述预设基底球体颗粒的数目为2个至7个。在其中一个实施例中，根据获取的所述空隙的数目，确定需要再次填充的球体颗粒的数目。在其中一个实施例中，根据获取的围成所述空隙的每一条边界的曲率半径，以及填充至每一个空隙的球体颗粒的数目，确定需要再次填充的球体颗粒的球心坐标及球体半径，以使得填充至所述填充容器中的任意两个相邻的球体颗粒外切。一种球体填充实现方法，包括：获取圆形容器的圆心及半径；根据所述圆形容器的圆心及半径，确定七个基底球体颗粒的球心坐标及球体半径，以生成基底模型，七个所述基底球体颗粒的球体半径相等且两两外切，并且所述基底模型中的基底球体颗粒组成一几何图形，所述几何图形的外边沿与所述填充容器内切；在所述基底模型填充N层球体颗粒，直至达到预设填充率，所述N为大于等于0的正整数；填充每一层球体颗粒的步骤包括：获取上一层填充完成后形成空隙的结构参数；根据获取的所述空隙的结构参数，确定需要再次填充的球体颗粒的数目、球心坐标及球体半径；其中，填充至所述填充容器中的任意两个相邻的球体颗粒外切。在其中一个实施例中，七个所述基底球体颗粒中的一个基底球体颗粒的球心与所述圆形容器的圆心重合，剩余的六个所述基底球体颗粒阵列填充至所述中心球的外围。在其中一个实施例中，根据获取的所述空隙的数目，确定需要再次填充的球体颗粒的数目。在其中一个实施例中，根据获取的围成所述空隙的每一个球体颗粒的半径及球心坐标，确定需要再次填充的球体颗粒的数目、球心坐标及球体半径，以使得填充至所述填充容器中的任意两个相邻的球体颗粒外切。一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例中任一项所述的球体填充实现方法的步骤。上述球体填充实现方法，包括根据填充容器的结构参数和预设基底球体颗粒的数目，确定所述预设基底球体颗粒的球心坐标及球体半径，以生成基底模型。所述基底模型为分层次填充球体颗粒奠定了基础。在所述基底模型填充N层球体颗粒，直至达到预设填充率，所述N为大于等于0的正整数。填充每一层球体颗粒的步骤包括，获取上一层填充完成后形成的空隙的结构参数。根据获取的所述空隙的结构参数，确定需要再次填充的球体颗粒的数目、球心坐标及球体半径，其中，填充至所述填充容器中的任意两个相邻的球体颗粒外切。本申请利用一定数目、确切位置、不等径的填充球对圆形容器进行填充，并且填充过程中任意两个相邻的球体颗粒外切以实现最大填充率。本申请提供的球体填充实现方法中，球体颗粒的位置以及半径均在容器的结构确定时，经过简单的计算即可确定，因此提高了计算效率，并减少填充时间。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请一个实施例提供的正六边形等径小球填充方法图；图2为本申请一个实施例提供的正六边形等径小球填充方法图；图3为本申请一个实施例提供的球体填充实现方法的流程图；图4为本申请一个实施例提供的三角形填充基底模型图；图5为本申请一个实施例提供的正方形填充基底模型图；图6为本申请一个实施例提供的球体填充实现方法的流程图；图7本申请一个实施例提供的正六边形填充基底模型图；图8为本申请一个实施例提供的包括部分第二层小球的填充结构图；图9为本申请一个实施例提供的包括部分第二层小球和部分第三层小球的填充结构图；图10为本申请一个实施例提供的包括全部第二层小球和部分第三层小球的填充结构图。具体实施方式为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。对于等径小球填充圆形容器方式，如图1所示，填充物两两外切，并与容器内切。其中，以1个小球为中心球，另外6个等径小球围绕中心球呈正六边形排列的填充方式的填充率最大，最大填充率为77.78％。对于正六边形填充方法，假设填充球半径恒为r＝1，增加中心球外包裹小球的层数，圆形容器始终与最外层小球内切，其直径随颗粒堆积层数k增加而增加。假设：中心球外层包裹一层小球，对应于k＝1，则圆形容器直径R＝(2*k+1)*r，中心球外第k层小球的数目为6*k，中心球外小球总本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种球体填充实现方法，其特征在于，包括：/n根据填充容器的结构参数和预设基底球体颗粒的数目，确定所述预设基底球体颗粒的球心坐标及球体半径，以生成基底模型；/n在所述基底模型填充N层球体颗粒，直至达到预设填充率，所述N为大于等于0的正整数；/n填充每一层球体颗粒的步骤包括：/n获取上一层填充完成后形成空隙的结构参数；/n根据获取的所述空隙的结构参数，确定需要再次填充的球体颗粒的数目、球心坐标及球体半径；/n其中，填充至所述填充容器中的任意两个相邻的球体颗粒外切。/n

【技术特征摘要】
1.一种球体填充实现方法，其特征在于，包括：
根据填充容器的结构参数和预设基底球体颗粒的数目，确定所述预设基底球体颗粒的球心坐标及球体半径，以生成基底模型；
在所述基底模型填充N层球体颗粒，直至达到预设填充率，所述N为大于等于0的正整数；
填充每一层球体颗粒的步骤包括：
获取上一层填充完成后形成空隙的结构参数；
根据获取的所述空隙的结构参数，确定需要再次填充的球体颗粒的数目、球心坐标及球体半径；
其中，填充至所述填充容器中的任意两个相邻的球体颗粒外切。


2.根据权利要求1所述的球体填充实现方法，其特征在于，所述填充容器的结构参数包括形状及尺寸，所述预设基底球体颗粒的球体半径相等，并且所述基底模型中的基底球体颗粒组成一几何图形，所述几何图形的外边沿与所述填充容器内切。


3.根据权利要求2所述的球体填充实现方法，其特征在于，所述预设基底球体颗粒的数目为2个至7个。


4.根据权利要求1所述的球体填充实现方法，其特征在于，根据获取的所述空隙的数目，确定需要再次填充的球体颗粒的数目。


5.根据权利要求4所述的球体填充实现方法，其特征在于，根据获取的围成所述空隙的每一个球体颗粒的半径及球心坐标，确定需要再次填充的球体颗粒的球心坐标及球体半径，以使得填充至所述填充容器中的任意两个球体颗粒外切。


6.一种球体填充实现方法，其特征在于，包括：
获取圆形容器的圆心及半径；
根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：李哲，古力，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11