基于图形算法的离散元孔隙率计算与插值优化方法及系统技术方案

本公开涉及岩土数值仿真技术领域，提出了基于图形算法的离散元孔隙率计算与插值优化方法及系统，首先采用Delaunay三角网格剖分技术以离散颗粒点集坐标为结点进行三角面/体网格剖分，然后Voronoi算法构建泰森多边形，同时采用图形算法计算当前多边形的孔隙率，并判断是否需要进一步的插值优化处理，从而实现整个离散元计算数据的均匀连续化处理与光滑性展示。本发明专利技术可克服了当前离散元计算中颗粒展示效果差等问题，基于Voronoi多面体图形算法自动计算局部孔隙率，并定量判别是否需要插值优化处理，可实现非均匀离散元颗粒信息的均匀连续化优化处理，适用性和准确性得到了大大提高。高。高。

【技术实现步骤摘要】
基于图形算法的离散元孔隙率计算与插值优化方法及系统


[0001]本公开涉及岩土数值仿真相关
，具体的说，是涉及一种基于图形算法的离散元孔隙率计算与插值优化方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，并不必然构成在先技术。
[0003]随着现代交通、水利水电等基础设施的大力发展，一大批隧道、桥梁、路基、边坡、大坝等复杂的岩土工程问题也应运而生。面对这些复杂问题的设计和分析评价，传统的理论解析方法常常束手无策，这就为数值计算方法的发展带来了难能可贵的机遇。数值计算方法的突出优点是借用先进的计算机技术进行工程问题的快速求解和分析，在求解过程中能够较好地考虑诸如岩土介质的各向异性、非均质特性、不连续性以及非线性特性和复杂外力边界条件等一种或多种条件的组合条件。
[0004]颗粒离散单元法是由PA Cundall提出来的一种数值模拟方法。采用颗粒离散元进行岩土工程问题数值模拟时，首先将岩土体假定为一系列具有相互作用关系的颗粒集合体，然后针对每个颗粒单元进行受力分析、运动方程求解，进而获得整个岩土体的力学行为特征。目前，颗粒离散元在岩石力学、土力学、流体力学等领域均有着广泛的应用，是计算力学领域发展最快的方法之一。
[0005]专利技术人在研究中发现，由于离散元是将计算域离散为有限数量具有接触作用关系的颗粒单元，在计算结果的处理和展示方面存在不连续的问题，不利于计算结果与试验结果的对比分析。如专利“适用于离散元计算信息连续化展示的数据处理分析方法”公开了一种适用于离散元计算数据连续化展示的处理方法，但仅适用于均匀分布颗粒的离散数据处理，对于非均匀随机分布的离散元颗粒处理时，在边界上存在尖角、不连续面等缺陷，光滑处理效果欠佳，甚至根本无法生成连续界面，严重影响了数值计算结果的展示效果。

技术实现思路

[0006]本公开为了解决上述问题，提出了一种基于图形算法的离散元孔隙率计算与插值优化方法及系统，克服了当前离散元计算中颗粒展示效果差等问题，基于Voronoi多面体图形算法自动计算局部孔隙率，并定量判别是否需要插值优化处理，可实现非均匀离散元颗粒信息的均匀连续化优化处理，适用性和准确性得到了大大提高。
[0007]为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
[0008]一个或多个实施例提供了基于图形算法的离散元孔隙率计算与插值优化方法，包括如下步骤：
[0009]针对岩土工程问题进行数值模拟，得到计算域内非均匀随机分布的空间离散点集；
[0010]对空间离散点集进行不规则网格剖分，得到四面体网格；
[0011]基于得到的四面体网格，并构建对应每个离散点的多面体空间网格；
[0012]采用多面体图形算法计算当前离散点坐标处的孔隙率；
[0013]当孔隙率大于设定值，在当前颗粒位置处插入新的颗粒单元进行非均匀离散点集的优化处理，将优化后的离散颗粒点集进行连续化处理。
[0014]一个或多个实施例提供了基于图形算法的离散元孔隙率计算与插值优化系统，包括：
[0015]空间离散点集获取模块：被配置为用于针对岩土工程问题进行数值模拟，得到计算域内非均匀随机分布的空间离散点集；
[0016]四面体网格生成模块：被配置为用于对空间离散点集进行不规则网格剖分，得到四面体网格；
[0017]多面体空间网格构建模块：被配置为基于得到的四面体网格，并构建对应每个离散点的多面体空间网格；
[0018]计算模块：被配置为用于多面体空间网格采用多面体图形算法计算当前离散点坐标处的孔隙率；
[0019]插值模块：被配置为当孔隙率大于设定值，在当前颗粒位置处插入新的颗粒单元进行非均匀离散点集的优化处理，将优化后的离散颗粒点集进行连续化处理。
[0020]一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成上述方法所述的步骤。
[0021]一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成上述方法所述的步骤。
[0022]与现有技术相比，本公开的有益效果为：
[0023]本公开中，基于网格剖分技术，可以将计算域内非规则分布的离散元颗粒依次连接，形成连续的网格单元，实现岩土介质的连续化展示；基于多面体图形算法，可自动计算每个颗粒位置处的局部孔隙率大小，克服了当前离散元中孔隙率计算效率低的不足；采用本公开提供的插值优化方法，可实现非均匀随机分布离散元颗粒信息的连续化光滑处理，与传统连续化处理技术相比，数值计算边界处的光滑性和连续性得到了大大提高。
[0024]本公开的优点以及附加方面的优点将在下面的具体实施例中进行详细说明。
附图说明
[0025]构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的限定。
[0026]图1是本公开实施例1的插值优化方法的流程图；
具体实施方式
[0027]下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
[0028]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0029]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根
据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的各个实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。
[0030]实施例1
[0031]在一个或多个实施方式公开的技术方案中，如图1所示，基于图形算法的离散元孔隙率计算与插值优化方法，包括如下步骤：
[0032]步骤1、针对岩土工程问题进行数值模拟，得到计算域内非均匀随机分布的空间离散点集；
[0033]步骤2、对空间离散点集进行不规则网格剖分，得到四面体网格；
[0034]步骤3、基于得到的四面体网格，并构建对应每个离散点的多面体空间网格；
[0035]步骤4、采用多面体图形算法计算当前离散点坐标处的孔隙率；
[0036]步骤5、当孔隙率大于设定值，在当前颗粒位置处插入新的颗粒单元进行非均匀离散点集的优化处理，将优化后的离散颗粒点集进行连续化处理。从而能够实现整个离散元计算数据的均匀连续化处理与光滑性展示。
[0037]本实施例中，基于网格剖分技术，可以将计算域内非规则分布的离散元颗粒依次连接，形成连续的网格单元，实现岩土介质的连续化展示；基于多面体图形算法，可自动计算每个颗粒位置处的局部孔隙率大小，克服了当前离散元中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于图形算法的离散元孔隙率计算与插值优化方法，其特征在于，包括如下步骤：针对岩土工程问题进行数值模拟，得到计算域内非均匀随机分布的空间离散点集；对空间离散点集进行不规则网格剖分，得到四面体网格；基于得到的四面体网格，并构建对应每个离散点的多面体空间网格；采用多面体图形算法计算当前离散点坐标处的孔隙率；当孔隙率大于设定值，在当前颗粒位置处插入新的颗粒单元进行非均匀离散点集的优化处理，将优化后的离散颗粒点集进行连续化处理。2.如权利要求1所述的基于图形算法的离散元孔隙率计算与插值优化方法，其特征在于：采用颗粒离散元方法进行岩土工程问题数值模拟，获得计算域内非均匀随机分布的空间离散点集。3.如权利要求1所述的基于图形算法的离散元孔隙率计算与插值优化方法，其特征在于：采用Delaunay四面体网格剖分方法对计算域进行不规则网格剖分。4.如权利要求1所述的基于图形算法的离散元孔隙率计算与插值优化方法，其特征在于，采用Delaunay四面体网格剖分方法对计算域进行不规则网格剖分的方法，包括如下步骤：将得到根据空间离散点集的位置坐标信息，将离散点集映射于三维空间直角坐标系中；以三维空间坐标系中固定坐标点为作为四面体的网格结点，形成四面体不规则网格；按照空外接圆准则和最大最小角准则，对空间不规则四面体进行网格优化，进而得到Delaunay四面体网格结构。5.如权利要求1所述的基于图形算法的离散元孔隙率计算与插值优化方法，其特征在于，构建对应每个离散点的多面体空间网格采用Voronoi算法构建泰森多边形：针对每个离散点A，获取该离散点A相邻的四面体单元的外接球球心，依次连接外接球球心，得到Voronoi空间多面体。6.如权利要求1所述的基于图形算法的离散元孔隙率计算与插值优化方法，其特征在于，孔隙率的计算方法为：依次计算每...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘聪，周宗青，褚开维，高成路，屠文锋，李刚，王利戈，刘玉英，孙益鑫，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：