几何与物理相结合的三维域颗粒堆积算法

作者：方锡武 刘振宇 谭建荣颗粒堆积离散元网格单元构造法接触检测

摘要：在离散元仿真和离散元与有限元耦合问题的前期准备阶段,必须快速在一个指定区域产生互不交迭的、堆积密度尽可能高的颗粒集,以模拟真实的离散状物质.文中针对三维域颗粒集的生成,提出一种几何与物理相结合的颗粒堆积移动模型.首先采用构造法在容器底部产生第一层颗粒.对于后续颗粒的移动方向,其与容器边界接触按物理学弹性碰撞理论计算;与颗粒接触按纯几何方法计算,即以连续2次接触点的法线向量的叉积向量确定新的移动方向,且使新方向有向下的趋势.该模型保证颗粒连续3次接触的目标不同,其稳定态位置快速收敛于3个支撑目标之上,从而满足颗粒静止的物理条件;颗粒间的接触检测基于容器区域规则划分的网格单元,并充分利用颗粒移动模型的特点,根据颗粒的位置和移动方向,按网格层、网格行在网格单元中寻找即将接触的颗粒.实例结果表明,最终产生颗粒集的时间与颗粒数量成线性关系,且颗粒集密度高,耗时也比较短.

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