一种真实珊瑚砂颗粒离散元模型的构建方法技术

本发明专利技术介绍了一种真实珊瑚砂颗粒离散元模型的构建方法，其包括；S1、对砂颗粒的堆积体进行扫描；S2、获取单个砂颗粒的三维表面形貌，形成砂颗粒的三角网格；S3、建立三维背景网格节点集，并将砂颗粒的三角网格放置在三维背景网格节点集中；S4、建立扫描平面；S5、使用扫描平面进行扫描，获取砂颗粒的坐标集合；S6、根据砂颗粒的坐标集合构建真实珊瑚砂颗粒离散元模型。本申请对颗粒模型进行剖分，采用边界搜索算法和射线算法对边界点位进行确定，不限制颗粒的形状，对于凹多边形也有较好的效果，能够还原构建真实模型，同时通过调节扫描步长实现模型的精度控制，提升计算速度，除建立砂颗粒离散元模型外，还可实现结构体模型的建立。还可实现结构体模型的建立。还可实现结构体模型的建立。

【技术实现步骤摘要】
一种真实珊瑚砂颗粒离散元模型的构建方法


[0001]本专利技术属于模型构建领域，具体涉及一种真实珊瑚砂颗粒离散元模型的构建方法。

技术介绍

[0002]目前离散元数值模拟分析中多采用球形颗粒构建模型，这显然与真实的砂土有所区别。大量的试验研究已经表明，砂土的强度、变形和运动特性均受到砂土强度的影响，然而目前的颗粒建模过程中并没有考虑到其外在因素，大量的模型与实际存在着很大的差别。
[0003]中国专利CN111080795A提供了一种基于Delaunay三角网的重力场三维模型构建方法，获得重力场采样数据，将重力场采样数据中的经纬度坐标转换为投影坐标X、Y，将重力场采样数据中的重力异常值G进行因子变换，获得重力转化值Z；X、Y、Z共同构成重力场三维数据；然后，利用Delaunay三角剖分算法对重力场三维数据进行剖分，获得重力场三角网，即获得所述重力场三维模型，用于进行重力场的三维空间分析。其能够提高重力场数据的表达准确性；利用该重力场三维模型可以进行重力场的三维空间分析，可以提高重力场数据分析的灵活性和准确度。
[0004]中国专利CN106484956B提供了一种基于图像像素点阵坐标的数值模型构建方法，其专利技术基于图像像素点阵坐标构建的数值模型，每个像素点对应一个特定的像素值；数值模型由一系列单元构成，每个单元都对应一个特定的材质；根据像素值差别区分出不同的材质，设定每个像素点与每一个单元一一对应，同时定义数值模型中顶点序号和顶点坐标以及单元与顶点之间的关系，从而建立一种将图像模型直接转换为数值模型的方法。
[0005]虽然上述技术方案提供了模型构建的技术方案，但是其提供的构建方法普遍复杂，需要对大量的像素点进行处理，处理的数据量大，计算时间长，而且仅能实现凸多边形模型的构建，并不能实现内凹模型构建，导致实际构建出来的模型与真实的砂颗粒形状还有一定的差距。

技术实现思路

[0006]为解决上述问题，以求减少模型处理时的数据处理量和计算时长，实现精准颗粒边界重构，进而实现普通模型以及凹多边形的模型的真实还原构建。
[0007]为达到上述效果，本专利技术设计一种真实珊瑚砂颗粒离散元模型的构建方法。
[0008]一种真实珊瑚砂颗粒离散元模型的构建方法，其包括；
[0009]S1、对砂颗粒的堆积体进行扫描；
[0010]S2、获取单个砂颗粒的三维表面形貌，形成砂颗粒的三角网格；
[0011]S3、建立三维背景网格节点集，并将砂颗粒的三角网格放置在三维背景网格节点集中；
[0012]S4、建立扫描平面；
[0013]S5、使用扫描平面进行扫描，获取砂颗粒的坐标集合；
[0014]S6、根据砂颗粒的坐标集合构建真实珊瑚砂颗粒离散元模型。
[0015]优选地，所述S1步骤对砂颗粒的堆积体进行扫描采用的方式包括高精度CT扫描和激光扫描。
[0016]优选地，所述S2步骤具体为采用图像处理软件对S1步骤扫描结果进行三维重构、调整图像的阈值、消除图像的噪点和图像分割，获得单个颗粒的三角网格。
[0017]优选地，所述S3步骤中，所述三维背景网格节点集包括多个三维背景网格节点。
[0018]优选地，所述S4步骤中，所述扫描平面垂直于三维背景网格节点集的X轴。
[0019]优选地，所述S5步骤中，所述扫描平面以固定步长或变步长沿三维背景网格节点集的X轴进行扫描。
[0020]优选地，所述扫描平面每前进一步都进行一次三维背景网格节点集中的坐标点位置分析与切割，只保留扫描平面、三角网格和三维背景网格节点集三者重合的重合平面坐标。
[0021]优选地，所述S5步骤中，所述重合平面坐标确定方法包括；
[0022]S81、使用边界搜索算法确定重构颗粒结构外边界；
[0023]S82、使用射线算法判断背景网格坐标点的位置。
[0024]优选地，所述S81步骤具体为，对于给定的重合平面上的颗粒边界离散点S，采用一个半径α的圆绕离散点S滚动，当α足够小时，该圆会在离散点之间滚动；若适当增大a的长度，则存在一个圆只在其外边界点上滚动，所述圆滚动的路径为砂颗粒外边界。
[0025]优选地，所述S82步骤具体为对三维背景网格节点在边界内外进行判断，所述判断依据为：如果一点在砂颗粒平面内，则从该点出发至无线远处的一条射线与该颗粒边界的交点个数为奇数；如果一点在砂颗粒平面外部，则从该点出发的射线与颗粒边界的交点为偶数。
[0026]本申请的优点和效果如下：
[0027]1、本专利技术提出了一种全新的离散元模型构建方法，采用有限差分思想对颗粒的模型进行剖分，采用边界搜索算法对颗粒边界进行重构，采用射线算法实现点位置的判断；而且本方法不限制颗粒的形状，对于凹多边形也有较好的效果，能够真实还原构建模型。
[0028]2、本方法通过调节扫描步长实现模型的精度控制，同时采用了全新的建模方法，建模思路明确，采用的方法具有广泛的适用性，创造性的实现了离散元模型的快速建模，大幅度的提升了计算速度。
[0029]3、本专利技术提供的方法能够实现数倍于现有技术提供的重叠颗粒数量，除建立砂颗粒离散元模型外，还可实现结构体模型的建立。
[0030]上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
[0031]根据下文结合附图对本申请具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述及其他目的、优点和特征。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
[0033]图1为本专利技术提供的一种真实珊瑚砂颗粒离散元模型的构建方法提供的扫描平面图；
[0034]图2为本专利技术提供的一种真实珊瑚砂颗粒离散元模型的构建方法提供的边界搜索算法图；
[0035]图3为本专利技术提供的一种真实珊瑚砂颗粒离散元模型的构建方法提供的射线算法图；
[0036]图4为本专利技术提供的一种真实珊瑚砂颗粒离散元模型的构建方法提供的砂颗粒离散元模型；
[0037]图5为本专利技术提供的一种真实珊瑚砂颗粒离散元模型的构建方法提供的模型与三维设计的对比。
具体实施方式
[0038]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在下面的描述中，提供诸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种真实珊瑚砂颗粒离散元模型的构建方法，其特征在于，其包括；S1、对砂颗粒的堆积体进行扫描；S2、获取单个砂颗粒的三维表面形貌，形成砂颗粒的三角网格；S3、建立三维背景网格节点集，并将砂颗粒的三角网格放置在三维背景网格节点集中；S4、建立扫描平面；S5、使用扫描平面进行扫描，获取砂颗粒的坐标集合；S6、根据砂颗粒的坐标集合构建真实珊瑚砂颗粒离散元模型。2.根据权利要求1所述的一种真实珊瑚砂颗粒离散元模型的构建方法，其特征在于，所述S1步骤对砂颗粒的堆积体进行扫描采用的方式包括高精度CT扫描和激光扫描。3.根据权利要求1所述的一种真实珊瑚砂颗粒离散元模型的构建方法，其特征在于，所述S2步骤具体为采用图像处理软件对S1步骤扫描结果进行三维重构、调整图像的阈值、消除图像的噪点和图像分割，获得单个颗粒的三角网格。4.根据权利要求1所述的一种真实珊瑚砂颗粒离散元模型的构建方法，其特征在于，所述S3步骤中，所述三维背景网格节点集包括多个三维背景网格节点。5.根据权利要求1所述的一种真实珊瑚砂颗粒离散元模型的构建方法，其特征在于，所述S4步骤中，所述扫描平面垂直于三维背景网格节点集的X轴。6.根据权利要求1所述的一种真实珊瑚砂颗粒离散元模型的构建方法，其特征在于，所述S5步骤中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：关云飞，韩迅，蔡正银，马登辉，黄英豪，朱洵，张晨，唐译，王羿，张健翼，郭万里，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：