【技术实现步骤摘要】
【】本专利技术属于颗粒材料仿真，尤其涉及一种将颗粒保真缩放至给定粒径范围的数值方法。
技术介绍
0、
技术介绍
1、颗粒材料广泛存在于自然界和工业领域中，如药品、碎石、海冰等，而且大量颗粒材料呈现显著的不规则几何形状，对颗粒体系的力学行为和整体性能产生重要影响。开展颗粒材料力学行为的数值模拟或仿真时，需要生成能够模拟实际颗粒粒径、不规则几何形状等物理特征的颗粒模型。生成颗粒模型通常需要先获取有限数量真实颗粒的不规则几何形状样本，再通过复制或颗粒缩放等技术生成颗粒模型。但是，现有颗粒缩放技术主要采用目标体积缩放法或设置任意缩放比例，难以准确控制缩放后颗粒的目标粒径。因此，采用现有颗粒缩放技术生成的颗粒模型在粒径分布或颗粒级配方面难以模拟实际颗粒的粒径分布特征。如何将颗粒缩放至所需的粒径范围并保持颗粒几何形状不变，即实现颗粒保真缩放至给定粒径范围还面临困难。本专利技术提供的数值方法能够实现将颗粒保真缩放至给定的粒径范围，尤其针对不规则几何形状颗粒，能够将颗粒缩放至所需的粒径范围并保持颗粒形状不变，有效提高颗粒材料数值仿真的准确性和效率，还可用于颗粒增材制造和智能产品研发。
技术实现思路
0、
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种将颗粒保真缩放至给定粒径范围的数值方法，包括：
2、给定目标粒径范围，定义粒径上限rh和粒径下限r1，计算备选粒径上限rhs；根据颗粒几何外形计算颗粒三维几何尺寸；在粒径下限至备选粒径上限范围内确定颗粒缩放的目标宽度wt
3、进一步可选地，所述给定目标粒径范围，定义粒径上限rh和粒径下限r1，计算备选粒径上限rhs，包括：根据需要给定目标粒径范围，将目标粒径范围允许的最大粒径定义为粒径上限rh，将目标粒径范围允许的最小粒径定义为粒径下限r1；对于正方形筛孔，备选粒径上限rhs计算为
4、进一步可选地，所述根据颗粒几何外形计算颗粒三维几何尺寸，包括：定义颗粒的有向包围盒；以颗粒有向包围盒的长(l)、宽(w)和高(h)(l＞w＞h)作为颗粒的三维几何尺寸；所述颗粒几何外形指颗粒外轮廓，可以是颗粒完整表面或颗粒表面点云；所述颗粒三维几何尺寸为颗粒的长(l)、宽(w)和高(h)；所述颗粒有向包围盒(obb)是一个逼近颗粒形状的颗粒外接长方体，可以根据颗粒的形状特点尽可能紧密地包围颗粒；
5、进一步可选地，所述在粒径下限至备选粒径上限范围内确定颗粒缩放的目标宽度wt，包括：在粒径下限r1至备选粒径上限rhs范围内随机取值，作为备选颗粒宽度ws；判断将颗粒保真缩放至备选颗粒宽度ws的可行性；若不可行，则重新随机选取备选颗粒宽度，并重新判断颗粒保真缩放至备选颗粒宽度的可行性，直至保真缩放可行；当颗粒保真缩放至备选颗粒宽度可行时，将此时的备选颗粒宽度ws设置为目标颗粒宽度wt；
6、所述判断将颗粒保真缩放至备选颗粒宽度ws的可行性，包括：判断当颗粒宽度w缩放至备选颗粒宽度ws时，缩放后的颗粒是否能通过边长为rh的正方形筛孔，若不能通过，则备选颗粒宽度ws不可行，若能通过，则进一步判断当颗粒宽度w缩放至备选颗粒宽度ws时，缩放后的颗粒是否能通过边长为r1的正方形筛孔，若能通过，则备选颗粒宽度ws不可行，若不能通过，则备选颗粒宽度ws可行；
7、所述判断当颗粒宽度缩放至备选颗粒宽度ws时，缩放后的颗粒是否能通过边长为rh的正方形筛孔，包括：判断备选颗粒宽度ws是否小于筛孔边长rh，若成立，则当颗粒宽度缩放至备选颗粒宽度ws时，缩放后的颗粒能通过边长为rh的正方形筛孔；若不成立，则计算颗粒高宽比t和正方形筛孔过筛高宽比临界值t0h，并比较t和t0h的大小，若t＜t0h成立，则当颗粒宽度w缩放至备选颗粒宽度ws时，缩放后的颗粒能通过边长为rh的筛孔，若t＜t0h不成立，则当颗粒宽度w缩放至备选颗粒宽度ws时，缩放后的颗粒不能通过边长为rh的筛孔；所述颗粒高宽比t＝h/ws；所述正方形筛孔的过筛高宽比临界值
8、所述判断当颗粒宽度缩放至备选颗粒宽度ws时，缩放后的颗粒是否能通过边长为r1的正方形筛孔，包括：判断备选颗粒宽度ws是否小于筛孔边长r1，若成立，则当颗粒宽度w缩放至备选颗粒宽度ws时，缩放后的颗粒能通过边长为r1的正方形筛孔；若不成立，则计算颗粒高宽比t和正方形筛孔过筛高宽比临界值t01，并比较t和t01大小，若t＜t01成立，则当颗粒宽度w缩放至备选颗粒宽度ws时，缩放后的颗粒能通过边长为r1的筛孔，若t＜t01不成立，则当颗粒宽度w缩放至备选颗粒宽度ws时，缩放后的颗粒不能通过边长为r1的筛孔；所述颗粒高宽比t＝h/ws；所述正方形筛孔过筛高宽比临界值
9、进一步可选地，所述计算颗粒缩放比例r为根据颗粒缩放目标宽度wt和颗粒宽度w计算缩放比例r＝wt/w；
10、进一步可选地，所述根据颗粒缩放比例将颗粒保真缩放至给定的目标粒径范围，包括：根据颗粒几何外形计算颗粒质心坐标；计算以颗粒质心为起点，颗粒表面点为终点的表面点位置向量；计算缩放后颗粒表面点位置向量和表面点坐标；所述缩放后颗粒表面点位置向量按缩放前颗粒表面点位置向量乘以缩放比例计算；所述缩放后颗粒表面点坐标按颗粒质心坐标与缩放后颗粒表面点位置向量之和计算。
11、本专利技术实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
12、1.对于规则形状颗粒和不规则形状颗粒都能够实现保真缩放至给定粒径范围，能够较准确地判断缩放后的颗粒是否在给定的粒径范围内，准确控制缩放后颗粒的粒径范围，既将颗粒缩放至所需的粒径范围，又能保持颗粒几何形状不变，能够有效提高颗粒材料数值建模的准确性和效率；
13、2.当数值仿真难以获取所需粒径范围的颗粒几何形状样本，或获取样本成本高时，可通过获取其它易于获取的粒径范围颗粒样本，再利用本专利技术提供的技术方案进行颗粒保真缩放，从而实现颗粒数值仿真；
14、3.对于未知粒径的颗粒数值模型，本技术方案可用于识别颗粒所属的粒径范围，实现数值筛分。
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1.一种将颗粒保真缩放至给定粒径范围的数值方法，其特征在于，所述方法包括：给定目标粒径范围，定义粒径上限和粒径下限，计算备选粒径上限，根据颗粒几何外形计算颗粒三维几何尺寸，在粒径下限至备选粒径上限范围内确定颗粒缩放的目标宽度，根据目标宽度计算颗粒缩放比例，根据颗粒缩放比例将颗粒保真缩放至给定的目标粒径范围。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述给定目标粒径范围，定义粒径上限和粒径下限，计算备选粒径上限，特征在于：将目标粒径范围允许的最大粒径定义为粒径上限，将目标粒径范围允许的最小粒径定义为粒径下限，备选粒径上限取值大于粒径上限。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据颗粒几何外形计算颗粒三维几何尺寸，特征在于：定义颗粒的有向包围盒，以颗粒有向包围盒的长、宽和高分别作为颗粒的长、宽和高三维几何尺寸。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述在粒径下限至备选粒径上限范围内确定颗粒缩放的目标宽度，特征在于：在粒径下限至备选粒径上限范围内随机取值，作为备选颗粒宽度，判断将颗粒保真缩放至备选颗粒宽度的可行性，若不可行，则重新随机选取备选颗粒宽度
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述判断将颗粒保真缩放至备选颗粒宽度的可行性，特征在于：判断当颗粒宽度缩放至备选颗粒宽度时缩放后的颗粒是否能通过尺寸为粒径上限的筛孔，若不能通过，则备选颗粒宽度不可行，若能通过，则进一步判断当颗粒宽度缩放至备选颗粒宽度时，缩放后的颗粒是否能通过尺寸为粒径下限的筛孔，若能通过，则备选颗粒宽度不可行，若不能通过，则备选颗粒宽度可行。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述判断颗粒是否能通过尺寸为粒径上(下)限的筛孔，特征在于：判断颗粒宽度是否小于粒径上(下)限，若成立，则颗粒能通过尺寸为粒径上(下)限的筛孔，若不成立，则计算颗粒高宽比和过筛高宽比临界值，若颗粒高宽比小于过筛高宽比临界值，则颗粒能通过尺寸为粒径上(下)限的筛孔，若颗粒高宽比大于过筛高宽比临界值，则颗粒不能通过尺寸为粒径上(下)限的筛孔。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述计算颗粒缩放比例，其特征在于：颗粒缩放比例根据颗粒缩放目标宽度与颗粒宽度之比计算。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据颗粒缩放比例将颗粒保真缩放至给定的目标粒径范围，特征在于：根据颗粒几何外形计算颗粒质心坐标，计算以颗粒质心为起点，颗粒表面点为终点的表面点位置向量，根据颗粒缩放比例计算缩放后的颗粒表面点坐标。
...【技术特征摘要】
1.一种将颗粒保真缩放至给定粒径范围的数值方法，其特征在于，所述方法包括：给定目标粒径范围，定义粒径上限和粒径下限，计算备选粒径上限，根据颗粒几何外形计算颗粒三维几何尺寸，在粒径下限至备选粒径上限范围内确定颗粒缩放的目标宽度，根据目标宽度计算颗粒缩放比例，根据颗粒缩放比例将颗粒保真缩放至给定的目标粒径范围。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述给定目标粒径范围，定义粒径上限和粒径下限，计算备选粒径上限，特征在于：将目标粒径范围允许的最大粒径定义为粒径上限，将目标粒径范围允许的最小粒径定义为粒径下限，备选粒径上限取值大于粒径上限。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据颗粒几何外形计算颗粒三维几何尺寸，特征在于：定义颗粒的有向包围盒，以颗粒有向包围盒的长、宽和高分别作为颗粒的长、宽和高三维几何尺寸。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述在粒径下限至备选粒径上限范围内确定颗粒缩放的目标宽度，特征在于：在粒径下限至备选粒径上限范围内随机取值，作为备选颗粒宽度，判断将颗粒保真缩放至备选颗粒宽度的可行性，若不可行，则重新随机选取备选颗粒宽度，并重新判断颗粒保真缩放至备选颗粒宽度的可行性，直至保真缩放可行，当颗粒保真缩放至备选颗粒宽度可行时，将此时的备选颗粒宽度设置为颗粒缩放的目标宽度。
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