【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及颗粒系统领域，尤其涉及一种无需预生成的球形置换颗粒破碎仿真分析方法。
技术介绍
1、自然界中存在着大量的颗粒材料，颗粒的破碎在矿业、冶金等工业过程中频繁发生。建立颗粒破碎仿真模型，对改善工业过程具有重要意义。离散单元法是研究颗粒系统的主要仿真方法。其中，粒子置换模型可以很好地拟合单颗粒破碎和颗粒床实验所得子代的尺寸分布。然而，在使用该方法时，需要在模拟破碎之前进行子代颗粒的预生成：对不同形状和大小的颗粒用球形颗粒填充。如公开号为cn114818427a的中国专利公开了一种基于真实颗粒形状的离散元可破碎颗粒模型建模方法，所述方法包括先扫描真实颗粒获取颗粒轮廓，再基于球面谐波分析法重构颗粒模型，然后用半径扩大法在颗粒模型内部填充球形子颗粒，再以颗粒模型初步voronoi划分，再将颗粒轮廓构成的节理组切割单个voronoi多面体，然后循环上一步直至切割所有的voronoi多面体，最后由切割后的voronoi组装成可破碎颗粒模型。因此，一旦颗粒系统中的颗粒类型众多，子代颗粒预生成就成为了一个较繁琐的过程。
2、基于快速切分置换的颗粒破碎模型不需要对破碎的颗粒进行子代颗粒的预生成，并且适用于所有颗粒模型。该方法将初代颗粒转化为多面体进行切分，得到的子代颗粒仍是多面体，因此能精确控制子代颗粒大小，模拟精度较高。如公开号为cn115719024a的中国专利公开的于快速切分置换的颗粒破碎仿真分析方法：根据真实颗粒的材料性质，确定颗粒的破碎条件，当颗粒间碰撞能量或接触力达到阈值，颗粒发生破碎得到若干子代颗粒；根据真实颗粒
3、但基于快速切分置换的颗粒破碎模型存在一定程度的缺点和不足：多面体颗粒存在多个平面，这导致颗粒接触的计算量较大。而在模拟采矿、冶金等工业过程涉及的颗粒系统时，由于颗粒的破碎频繁发生，多面体颗粒数量增加、粒径减小，仿真效率大大降低。
4、在涉及破碎的颗粒系统中，随着破碎的进行，颗粒形状各异、数量增加、粒径减小，仿真效率大大降低。因此，如何在保证计算精度的情况下提高计算效率是目前本领域亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种无需预生成的球形置换颗粒破碎仿真分析方法，该仿真分析方法可以适用于所有的颗粒破碎模型，同时对颗粒破碎模型的实现效果也很好。
2、一种无需预生成的球形置换颗粒破碎仿真分析方法，所述方法包括以下步骤：
3、(1)将颗粒切割成若干子代多面体颗粒；
4、(2)将步骤(1)中的子代多面体颗粒置换成与之相同体积的子代球形颗粒；
5、(3)检测步骤(2)中置换后的子代球形颗粒是否与其他颗粒或壁面接触，若置换后的子代球形颗粒与其他颗粒或壁面接触，将此刻用于接触计算的重叠量重置；
6、(4)将步骤(2)得到的子代球形颗粒应用于离散单元仿真，模拟工业过程中的颗粒系统，得到仿真结果；
7、在应用时，待破碎的初代颗粒直接置换为子代球形颗粒进行离散单元仿真，不显示切割后的子代多面体颗粒。
8、本专利技术适用于所有颗粒形状模型，包括但不限于球形、超椭球和多面体颗粒模型。
9、进一步地，所述的超椭球模型为：
10、
11、其中a、b、c分别为颗粒的三个半长轴的长度，s1、s2为形状指数，决定颗粒边缘的曲率。
12、进一步地，所述的多面体为凸多面体或凹多面体，多面体的所有面在计算过程中均视为三角形面。
13、在步骤(2)中，所述的子代球形颗粒与置换的子代多面体颗粒质心重合，且子代球形颗粒继承子代多面体颗粒的质量、运动状态和材料特性。
14、进一步地，所述的运动状态包含颗粒的位置、平动速度、角速度、平动加速度和角加速度；所述的材料特性包括密度、杨氏模量、弹性模量、摩擦系数和恢复系数。
15、在步骤(3)中，所述离散单元仿真的接触判断包括：判断球形颗粒与多面体颗粒之间的接触是通过检测球形颗粒球心到每一个多面体颗粒的每一个面的距离来判断的；判断球形颗粒之间的接触是通过检测球形颗粒球心之间的距离来判断的；判断球形颗粒与壁面的接触是通过检测颗粒的球心到壁面的距离来判断的。
16、在步骤(3)中，由于置换后的子代球形颗粒会因为形状的改变而与其他颗粒或壁面产生接触，但这类接触产生的重叠量不是由颗粒运动导致的，所以要在球形颗粒生成时重置，其中0≤重置后的重叠量≤真实重叠量。
17、在步骤(4)中，在初代颗粒破碎发生时计算子代球形颗粒的大小及分布，不需要在模拟破碎之前预先生成子代颗粒。
18、在步骤(4)中，所述仿真结果为各个模拟颗粒的子代球形颗粒的大小分布及子代球形颗粒的运动状况。
19、在本专利技术中，根据步骤(4)得到的仿真结果可以对涉及真实颗粒破碎的工业过程进行控制。将仿真结果应用与实际工业过程，提高生产效率。
20、本专利技术所述的离散单元仿真又称为离散元素法。
21、与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：
22、本专利技术提供的方法利用球形颗粒来置换初代颗粒切分得到的子代多面体颗粒，不需要预先生成子代颗粒，可以在保证计算精度的情况下大大提高计算效率；本专利技术提供的仿真分析方法对实际的工业生产过程更具有指导意义，利于提高生产效率。
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1.一种无需预生成的球形置换颗粒破碎仿真分析方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的无需预生成的球形置换颗粒破碎仿真分析方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述颗粒为球形、超椭球或多面体颗粒模型。
3.根据权利要求2所述的无需预生成的球形置换颗粒破碎仿真分析方法，其特征在于，所述的超椭球模型为：
4.根据权利要求1所述的无需预生成的球形置换颗粒破碎仿真分析方法，其特征在于，所述的多面体为凸多面体或凹多面体，多面体的所有面在计算过程中均视为三角形面。
5.根据权利要求1所述的无需预生成的球形置换颗粒破碎仿真分析方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的子代球形颗粒与置换的子代多面体颗粒质心重合，且子代球形颗粒继承子代多面体颗粒的质量、运动状态和材料特性。
6.根据权利要求5所述的无需预生成的球形置换颗粒破碎仿真分析方法，其特征在于，所述的运动状态包含颗粒的位置、平动速度、角速度、平动加速度和角加速度；所述的材料特性包括密度、杨氏模量、弹性模量、摩擦系数和恢复系数。
7.根据权利要求1所述的
8.根据权利要求1所述的无需预生成的球形置换颗粒破碎仿真分析方法，其特征在于，在步骤(3)中，0≤重置后的重叠量≤真实重叠量。
9.根据权利要求1所述的无需预生成的球形置换颗粒破碎仿真分析方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述仿真结果为各个模拟颗粒的子代球形颗粒的大小分布及子代球形颗粒的运动状况。
...【技术特征摘要】
1.一种无需预生成的球形置换颗粒破碎仿真分析方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的无需预生成的球形置换颗粒破碎仿真分析方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述颗粒为球形、超椭球或多面体颗粒模型。
3.根据权利要求2所述的无需预生成的球形置换颗粒破碎仿真分析方法，其特征在于，所述的超椭球模型为：
4.根据权利要求1所述的无需预生成的球形置换颗粒破碎仿真分析方法，其特征在于，所述的多面体为凸多面体或凹多面体，多面体的所有面在计算过程中均视为三角形面。
5.根据权利要求1所述的无需预生成的球形置换颗粒破碎仿真分析方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的子代球形颗粒与置换的子代多面体颗粒质心重合，且子代球形颗粒继承子代多面体颗粒的质量、运动状态和材料特性。
6.根据权利要求5所述的无需预生成的球形置换颗粒破碎仿真分析方法，其特征在于，所述...
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