【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于土体裂缝模拟，具体涉及一种优化约束delaunay剖分的壁面裂隙网格模型构建方法。
技术介绍
1、随着考古人员对土体的挖掘，土体裂缝会对遗址保护带来严重的安全危害，因此土体裂缝是一个不可忽视的问题。此外，在地质形成的长期发育过程中，以及人为因素，挖掘后的土体必然会有裂隙产生。
2、因此，在相关工程中对土体裂缝进行研究非常重要，目前常用的手段是对土体裂缝进行建模。数值模拟研究存在一个重要的问题——真实裂隙模型的建立，即构建能够真实表达出壁面裂隙形状与发育方向的裂隙模型。如中国专利，cn108090313b，公开了一种复杂岩石裂隙模型建模识别方法，前期采用proe优秀的建模能力，对复杂模型进行建模，中期利用ansys强大的网格处理器进行网格划分，后期利用flac3d进行模拟计算，优势互补、取长补短，实现proe、ansys和flac3d之间无差错链接。该方法虽然避免了研究技术人员为研究flac3d中复杂的fish语言耗费大量的时间精力，又避免了无法对岩土工程问题中复杂模型的建模以及网格划分，但是没有充分考虑裂隙在空间中的发育情况，只考虑了径向方向。因此需要研究裂隙在三维空间发育情况的裂隙数值模拟模型，来克服规则裂隙进行的数值模拟得出结果与现实不规则裂隙之间的误差等问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种优化约束delaunay剖分的壁面裂隙网格模型构建方法，解决现有技术中在对裂隙建模研究过程中未考虑裂缝的走向倾角等特征，以及难以生成高质量网格的技
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案实现：
3、一种优化约束delaunay剖分的壁面裂隙网格模型构建方法，包括以下步骤：
4、步骤s1：根据已知的裂隙线段数据，提取所有裂隙节点坐标和线段编号信息，并储存于文件中。这个文件不仅包含了裂隙关键的几何信息，还为后续处理提供了必要的基础数据。
5、步骤s2：运用三维道格拉斯普克算法对裂隙的数据文件进行平滑处理。在保证裂隙合理性下消除曲线不规则性，确保裂隙的表面几何形状更为连续和真实，以免对数值计算造成的错误。
6、步骤s3：利用绘图函数，根据步骤s2中剔除后的数据在建模软件中绘制出平滑的裂隙曲线；然后通过垂直于壁面方向拉伸裂隙曲线，将裂隙曲线伸成多重曲面，并对多重曲面进行网格划分，拉伸后的网格曲面与网格壁面相交，获取该交线上所有节点的坐标信息，即得出裂隙在壁面上的真实曲线形状。
7、步骤s4：根据每条裂隙的编号、走向和倾角，获取对应裂隙的拉伸向量。为后续裂纹面的精确建模提供了方向性的数据支持。
8、步骤s5：基于步骤s4中获取的拉伸向量和对应裂隙的深度信息，对曲面进行双向拉伸，形成裂隙曲面；并获取所有裂隙曲面的顶点在曲面网格中的坐标信息，这将在后续的建模阶段发挥关键作用。
9、步骤s6：利用裂隙的顶点坐标信息进行建模，并导出数据文件。该文件包含了裂隙面的几何信息，为下一步的模型切割提供了基础。
10、步骤s7：对裂隙曲面进行网格划分，并与壁面网格进行结合，形成整个裂隙几何模型，确保整体模型的完整性和稳定性。
11、步骤s8：对整个裂隙几何模型进行有限元网格的重新划分，达到进一步优化模型网格结构的目的，确保其在数值模拟中能够提供高效且准确的结果。
12、进一步优化，所述步骤1中，通过循环函数将裂隙曲线的编号以及各点三维坐标导出数据文件。
13、进一步优化，所述步骤s2中，平滑裂隙曲线的过程如下：
14、s2.1：设置阈值d，找到并连接裂隙曲线两顶点作为初始线段；
15、s2.2：计算裂隙曲线上的点到线段之间的最大距离dmax并判断其是否小于阈值d；
16、s2.2.1：当最大距离大于d，则连接裂隙曲线上最大距离对应的点和线段两段的顶点，形成新的折线段；重新判断新形成的折线段中的两条线段与其对应部分裂隙曲线上的点之间的最大距离是否小于阈值d：
17、s2.2.1.1若最大距离dmax大于d，则重复步骤s2.2.1，直至新形成的折线段中的两条线段与其对应部分裂隙曲线上的点之间的最大距离dmax小于等于d；
18、s2.2.2：当最大距离小于等于d，该条裂缝平滑过程结束；
19、s2.3：重复步骤s2.1、s2.2，直至完所有分形曲线平滑过程。
20、进一步优化，所述步骤s3中，得出三维壁面裂隙曲线的过程如下：将步骤2中平滑处理后的裂隙曲线沿垂直于壁面方向拉伸成多重曲面，使其穿过壁面网格，再将多重曲面转化为网格，最后通过软件对壁面网格和拉伸网格相交得出曲交线。
21、进一步优化，所述步骤s4中，得出裂隙拉伸向量的过程如下：调用python脚本将excel中的裂隙编号、深度、倾角数据转化为字典，遍历每一行数据，并将每组数据的名称、深度和倾向倾角存储到列表中，计算向量投影和单位向量，然后得出走向单位向量，循环每一条裂隙导出拉伸向量pkl文件。
22、进一步优化，所述步骤s5中，裂纹网格顶点坐标信息的过程如下：根据步骤s4得出的拉伸向量，对裂隙曲线进行双向拉伸形成裂隙曲面，通过循环函数记录裂隙面顶点信息并导出dat文件。
23、进一步优化，所述步骤s6中，裂隙面建模的过程如下：读取步骤s5的数据文件，整理裂隙信息并循环生成多个部件，将裂隙边两个节点中点作为边的关键字，生成部件后创建裂纹面，合并部件并删除临时裂隙曲线，导出裂隙面几何文件。
24、进一步优化，所述步骤s7中，将裂隙与壁面结合的过程如下：将裂隙曲面转化为网格，通过软件实现对裂隙网格的切割，将切割后所需要部分的网格与壁面网格进行小三角形面结合。
25、进一步优化，所述步骤s8中，重新划分网格的过程如下：对整个裂隙几何模型进行remesh，对网格边长大小以及网格形状的重新设置，生成具有良好均匀性的网格模型，其中，设定网格尺寸为0.05m、脊角为20°生成全三角形曲面网格。网格质量直接影响着数值模拟的稳定性、精度、收敛速度等关键属性，因此高质量网格在仿真过程中至关重要。
26、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
27、本专利技术能够生成任意角度发育的裂隙网格，并可以改变裂隙发育深度，更准确地描述裂隙；此外本专利技术能够确保生成高质量网格，从而提高数值模拟的效率和精度，为未来的裂隙建模提供了有价值的参考，并对实际考古工程建设具有极强的指导意义。
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1.一种优化约束Delaunay剖分的壁面裂隙网格模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的优化约束Delaunay剖分的壁面裂隙网格模型构建方法，其特征在于，所述步骤S1中，提取裂隙信息过程如下：遍历每一条裂隙曲线，对所有裂隙进行编号，并根据编号获取对应裂隙曲线每个节点的坐标信息。
3.根据权利要求2所述的优化约束Delaunay剖分的壁面裂隙网格模型构建方法，其特征在于，所述步骤S6中，裂隙面建模的过程如下：
4.根据权利要求3所述的一种优化约束Delaunay剖分的壁面裂隙网格模型构建方法，其特征在于，所述步骤S7中，将裂隙与壁面结合的过程如下：对裂隙曲面进行网格划分，并对裂隙网格进行切割；将切割后所需部分的网格与壁面网格进行小三角形面连接，确保整体模型的完整性和稳定性。
5.根据权利要求4所述的优化约束Delaunay剖分的壁面裂隙网格模型构建方法，其特征在于，所述步骤S8中，重新划分网格的过程如下：整个裂隙几何模型进行remesh，重新设置网格边长大小，生成具有良好均匀性的网格模型；其中，设定网格尺
...【技术特征摘要】
1.一种优化约束delaunay剖分的壁面裂隙网格模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的优化约束delaunay剖分的壁面裂隙网格模型构建方法，其特征在于，所述步骤s1中，提取裂隙信息过程如下：遍历每一条裂隙曲线，对所有裂隙进行编号，并根据编号获取对应裂隙曲线每个节点的坐标信息。
3.根据权利要求2所述的优化约束delaunay剖分的壁面裂隙网格模型构建方法，其特征在于，所述步骤s6中，裂隙面建模的过程如下：
4.根据权利要求3所述的一种优化约束dela...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆祥，赵凡，周鑫，胡睿，谢振斌，陶振西，张景娴，范凯丰，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：
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