【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩土工程，尤其涉及的是一种颗粒内部孔隙的钙质砂颗粒流固耦合拖拽力分析方法。
技术介绍
1、颗粒入水是流固耦合模拟中一个经典的案例，常被用于验证流固耦合方法的可行性和可靠性。因为这个案例在进行试验操作时简单方便，但又能体现流体-颗粒相互作用的复杂过程。而在流体-颗粒相互作用过程中，计算流体施加在颗粒上的拖拽力对于认识流固耦合过程，更深入地理解流固耦合机制，从而进行复杂的流固耦合模拟具有重要意义。
2、目前模拟颗粒入水的方法主要有cfd-dem法(一种基于欧拉-拉格朗日参考系的方法)和sph-dem方法(一种将光滑粒子流体动力学与离散单元法相结合的方法)等，cfd-dem法虽然也能从形态和相互作用过程上模拟流体-颗粒相互作用，但cfd(计算流体力学)是种基于网格的方法，难免会出现网格缠绕、变形等问题。
3、采用sph-dem方法这种无网格的方法，能更准确地研究与颗粒有关的力学及流体动力学特性，有助于进一步研究流体-颗粒相互作用系统问题，具有良好的发展前景。
4、现有技术中，使用sph-dem方法进行数值模拟基本采用球体模拟颗粒形状，然而尚未考虑到颗粒形状对流固耦合作用结果的影响，更没有考虑存在内部孔隙的颗粒入水的情况，造成准确性较低。
5、因此，现有技术还有待改进。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术缺陷，本专利技术提供一种颗粒内部孔隙的钙质砂颗粒流固耦合拖拽力分析方法，以解决现有的sph-dem
2、本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：
3、第一方面，本专利技术提供颗粒内部孔隙的钙质砂颗粒流固耦合拖拽力分析方法，包括：
4、获取带有内部孔隙的钙质砂颗粒的stl模型，并将所述stl模型以离散元方法导入离散元模块，确定所述钙质砂颗粒的固体模型以及颗粒参数；其中，所述颗粒参数包括：材料参数和位置参数；
5、基于所述离散元方法建立水箱模型；
6、基于光滑粒子流体动力学方法建立流体模型并设置物理属性；
7、将所述离散元方法建立的钙质砂颗粒模型及水箱模型与所述光滑粒子流体动力学方法建立的流体模型进行双向耦合，模拟所述钙质砂颗粒在流体中的运动过程，并分析及输出流体施加在所述钙质砂颗粒上的拖拽力。
8、在一种实现方式中，所述获取带有内部孔隙的钙质砂颗粒的stl模型，并将所述stl模型以离散元方法导入离散元模块，确定所述钙质砂颗粒的固体模型以及颗粒参数，包括：
9、基于实际的存在内部孔隙的钙质砂颗粒试样，利用3d扫描成像方法获取所述带有内部孔隙的钙质砂颗粒的stl模型；
10、将所述stl模型导入所述离散元模块，对所述stl模型中的颗粒无孔隙部分进行内部填充，确定所述钙质砂颗粒的固体模型；
11、获取所述钙质砂颗粒的材料参数，并在所述离散元模块中设置所述钙质砂颗粒的材料参数；
12、对所述离散元模块中钙质砂颗粒进行尺寸量取，确定所述钙质砂颗粒的位置参数。
13、在一种实现方式中，所述材料参数包括：密度、杨氏模量以及泊松比中的一种或多种；所述位置参数包括：颗粒任意点的x轴坐标值、y轴坐标值、z轴坐标值中的一种或多种。
14、在一种实现方式中，所述基于所述离散元方法建立水箱模型，包括：
15、根据所述钙质砂颗粒的位置参数在所述离散元模块中设置所述水箱模型的位置参数；
16、在所述离散元模块中设置所述水箱模型的材料参数；
17、基于所述水箱模型的位置参数和材料参数在所述离散元模块中建立所述水箱模型。
18、在一种实现方式中，所述将所述离散元方法建立的钙质砂颗粒模型及水箱模型与所述光滑粒子流体动力学方法建立的流体模型进行双向耦合，模拟所述钙质砂颗粒在流体中的运动过程，并分析及输出流体施加在所述钙质砂颗粒上的拖拽力，包括：
19、对数据进行初始化，并进行相邻粒子搜索；
20、分析所述离散元方法建立的钙质砂颗粒模型与所述光滑粒子流体动力学方法建立的流体模型的接触关系；
21、计算所述离散元方法建立的钙质砂颗粒模型与所述光滑粒子流体动力学方法建立的流体的相互作用力；
22、计算光滑粒子流体动力学模块中流体粒子的相互作用力，并更新流体粒子的速度和位置信息；
23、计算所述离散元模块中所述钙质砂颗粒的相互作用力，将固体粒子受到的所有力和力矩相加，获得作用在所述钙质砂颗粒上的总力，并更新所述钙质砂颗粒的速度、位置以及旋转度信息；
24、根据作用在所述钙质砂颗粒上的总力，分析及输出流体施加在所述钙质砂颗粒上的拖拽力。
25、在一种实现方式中，所述钙质砂颗粒所受到的总力为：
26、
27、其中，f表示所述钙质砂颗粒所受的合力，m表示所述钙质砂颗粒的质量，v表示所述钙质砂颗粒的速度，fc表示所述钙质砂颗粒与其他钙质砂颗粒相接触的接触力，mg表示重力，ff表示流体施加在所述钙质砂颗粒上的拖拽力。
28、在一种实现方式中，所述钙质砂颗粒与其他钙质砂颗粒相接触的接触力为：
29、
30、
31、
32、其中，表示法向接触力，表示切向接触力，kn表示法向刚度常数，δ表示颗粒间的重叠距离；e表示颗粒质量中心之间的单位矢量；表示法向变形率；γn表示法向阻尼常数；μf表示动态摩擦系数。
33、第二方面，本专利技术提供一种颗粒内部孔隙的钙质砂颗粒流固耦合拖拽力分析装置，包括：
34、固体模型设置模块，用于获取带有内部孔隙的钙质砂颗粒的stl模型，并将所述stl模型以离散元方法导入离散元模块，确定所述钙质砂颗粒的固体模型以及颗粒参数；其中，所述颗粒参数包括：材料参数和位置参数；
35、水箱模型设置模块，用于基于所述离散元方法建立水箱模型；
36、流体模型设置模块，用于基于光滑粒子流体动力学方法建立流体模型并设置物理属性；
37、分析及输出模块，用于将所述离散元方法建立的钙质砂颗粒模型及水箱模型与所述光滑粒子流体动力学方法建立的流体模型进行双向耦合，模拟所述钙质砂颗粒在流体中的运动过程，并分析及输出流体施加在所述钙质砂颗粒上的拖拽力。
38、第三方面，本专利技术提供一种终端，包括：处理器以及存储器，所述存储器存储有颗粒内部孔隙的钙质砂颗粒流固耦合拖拽力分析程序，所述颗粒内部孔隙的钙质砂颗粒流固耦合拖拽力分析程序被所述处理器执行时用于实现如第一方面所述的颗粒内部孔隙的钙质砂颗粒流固耦合拖拽力分析方法的操作。
39、第四方面，本专利技术还提供一种介质，所述介质为计算机可读存储介质，所述介质存储有颗粒内部孔隙的钙质砂颗粒流固耦合拖拽力分析程序，所述颗粒内部孔隙的钙质砂颗粒流固耦合拖拽力分析程序被处理器执行时用于实现如第一本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种颗粒内部孔隙的钙质砂颗粒流固耦合拖拽力分析方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的颗粒内部孔隙的钙质砂颗粒流固耦合拖拽力分析方法，其特征在于，所述获取带有内部孔隙的钙质砂颗粒的STL模型，并将所述STL模型以离散元方法导入离散元模块，确定所述钙质砂颗粒的固体模型以及颗粒参数，包括：
3.根据权利要求2所述的颗粒内部孔隙的钙质砂颗粒流固耦合拖拽力分析方法，其特征在于，所述材料参数包括：密度、杨氏模量以及泊松比中的一种或多种；所述位置参数包括：颗粒任意点的x轴坐标值、y轴坐标值、z轴坐标值中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的颗粒内部孔隙的钙质砂颗粒流固耦合拖拽力分析方法，其特征在于，所述基于所述离散元方法建立水箱模型，包括：
5.根据权利要求1所述的颗粒内部孔隙的钙质砂颗粒流固耦合拖拽力分析方法，其特征在于，所述将所述离散元方法建立的钙质砂颗粒模型及水箱模型与所述光滑粒子流体动力学方法建立的流体模型进行双向耦合，模拟所述钙质砂颗粒在流体中的运动过程，并分析及输出流体施加在所述钙质砂颗粒上的拖拽力，包括：
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1.一种颗粒内部孔隙的钙质砂颗粒流固耦合拖拽力分析方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的颗粒内部孔隙的钙质砂颗粒流固耦合拖拽力分析方法，其特征在于，所述获取带有内部孔隙的钙质砂颗粒的stl模型，并将所述stl模型以离散元方法导入离散元模块，确定所述钙质砂颗粒的固体模型以及颗粒参数，包括：
3.根据权利要求2所述的颗粒内部孔隙的钙质砂颗粒流固耦合拖拽力分析方法，其特征在于，所述材料参数包括：密度、杨氏模量以及泊松比中的一种或多种；所述位置参数包括：颗粒任意点的x轴坐标值、y轴坐标值、z轴坐标值中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的颗粒内部孔隙的钙质砂颗粒流固耦合拖拽力分析方法，其特征在于，所述基于所述离散元方法建立水箱模型，包括：
5.根据权利要求1所述的颗粒内部孔隙的钙质砂颗粒流固耦合拖拽力分析方法，其特征在于，所述将所述离散元方法建立的钙质砂颗粒模型及水箱模型与所述光滑粒子流体动力学方法建立的流体模型进行双向耦合，模拟所述钙质砂颗粒在流体中的运动过程，并分析及输出流体施加在所述钙质砂颗...
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