基于離散單元法的提高顆粒離散接觸檢測效率的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了屬于顆粒離散元模型建立【技術(shù)領(lǐng)域】的一種基于離散單元法的提高顆粒離散接觸檢測效率的方法。該方法通過求解某時刻某顆粒最多接觸的顆粒數(shù)，本方法中用到的數(shù)學(xué)模型都是一些簡單的幾何模型，通過對這些幾何模型計算得到可接觸顆粒數(shù)目與中心顆粒以及接觸顆粒半徑的關(guān)系，然后在程序中加入關(guān)系式來減少運算次數(shù)?？梢允惯M行模擬計算的程序提前跳出循環(huán)，減少運算次數(shù)從而提高效率。使用該方法后計算量與現(xiàn)有模型相比有效減少，利用常用計算設(shè)備也可以進行大規(guī)模數(shù)值模擬計算。
【專利說明】基于離散單元法的提高顆粒離散接觸檢測效率的方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于顆粒離散元模型建立【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于離散單元法的提高顆粒離散接觸檢測效率的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]離散單元法是由美國學(xué)者Cundall P.A.教授基于分子動力學(xué)原理首次提出的一種顆粒離散體物料分析方法，是一種顯示求解的數(shù)值方法。自提出以來，在巖土工程和離散體工程這兩大傳統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)揮了其他數(shù)值算法不可替代的作用。離散單元法是把介質(zhì)看做由一系列離散的獨立運動的單元組成的，根據(jù)離散物質(zhì)本身所具有的離散特性建立數(shù)學(xué)模型，將需要分析的物體看做離散顆粒的集合。因此，離散單元法在分析具有離散體性質(zhì)的物料時具有很大的優(yōu)越性。但是離散單元法也存在著有別于其他數(shù)值方法的困難，比如，復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、分格檢索、相鄰顆粒的確定和顆粒接觸產(chǎn)生或取消的判定等等，都將消耗大量微機內(nèi)存和CPU時間，有時甚至?xí)?dǎo)致該用法的失敗。這些都是實際工程應(yīng)用中最基本的要求，也是離散單元法發(fā)展中需要解決的問題。
[0003]在應(yīng)用離散單元法進行數(shù)值模擬的過程中，把物料中的每個顆粒單獨作為一個粒子單元建立數(shù)學(xué)模型，并給定粒子單元的尺寸和物理性質(zhì)，如質(zhì)量、剛度和阻尼等，各個粒子之間存在接觸和分離這兩種關(guān)系。當(dāng)接觸發(fā)生時，接觸點處就會產(chǎn)生接觸力和力矩，其大小可以根據(jù)接觸力學(xué)模型求出。在模擬過程中，通過相鄰顆粒之間的碰撞產(chǎn)生的接觸力、力矩和不平衡力、力矩，計算每個顆粒在特定時刻的運動特征，通過每個顆粒的特征反映出整個系統(tǒng)的運動特性。離散單元法中的粒子單元具有一定的質(zhì)量和形狀，常用的散體顆粒幾何形狀是二維的圓形和三維的球形。
[0004]模擬顆粒物質(zhì)靜態(tài)和運動行為時，需要根據(jù)顆粒間重疊量計算接觸力，依此更新每個顆粒的速度和位置，進而確定性地演化整個顆粒體系，因此需要依據(jù)顆粒位置頻繁計算顆粒是否發(fā)生重疊，計算強度巨大。目前常用的方法是劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格法簡潔明了，易于程序?qū)崿F(xiàn)和并行化。然而接觸檢索關(guān)系的搜索仍然是顆粒離散元分析中最耗時間的部分。改進接觸檢測算法，提高檢測效率是顆粒離散元模型的重要課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種基于離散單元法的提高顆粒離散接觸檢測效率的方法，其特征在于，包括以下幾個部分:
[0006]I)首先確立顆粒離散元模型；包括單一平面內(nèi)的顆粒和立體顆粒，在循環(huán)流化床鍋爐的氣固兩相流中的固體相顆粒的復(fù)雜流動過程還難以被人們充分了解，所以多采用數(shù)值模擬的方法來進行研究；將固體顆?？醋魇请x散的個體，來研究顆粒的運動，對每一個顆粒的受力情況和運動軌跡進行模擬；當(dāng)考慮顆粒間碰撞時，將顆粒視為等直徑的圓形或球體單元；當(dāng)要計算顆粒i的運動軌跡時，先確定顆粒i的位置，再計算其他所有顆粒與顆粒j之間的距離Lij ;假設(shè)兩顆粒i和j的其坐標分別為Xi，Yi和Xj，Yj表示，當(dāng)兩球心間的距離Lu滿足下式時就認為兩球是接觸的，發(fā)生了碰撞；其中D為顆粒直徑；
【權(quán)利要求】
1.一種基于離散單元法的提高顆粒離散接觸檢測效率的方法，其特征在于，包括以下幾個部分: 1)首先確立顆粒離散元模型；包括單一平面內(nèi)的顆粒和立體顆粒，在循環(huán)流化床鍋爐的氣固兩相流中的固體相顆粒的復(fù)雜流動過程，采用數(shù)值模擬的方法來進行研究；將固體顆?？醋魇请x散的個體，來研究顆粒的運動，對每一個顆粒的受力情況和運動軌跡進行模擬；當(dāng)考慮顆粒間碰撞時，將顆粒視為等直徑的圓形或球體單元；當(dāng)要計算顆粒i的運動軌跡時，先確定顆粒i的位置，再計算其他所有顆粒與顆粒j之間的距離Lu ;假設(shè)兩顆粒i和j的其坐標分別為Xi，yi和表示，當(dāng)兩球心間的距離Lu滿足下式時就認為兩球是接觸的，發(fā)生了碰撞；其中D為顆粒直徑；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高顆粒離散接觸檢測效率的方法，其特征在于:所述角A的求解，正三棱錐中側(cè)面三角形的邊分別為R+r、R+r和2r，則可求出Θ ;根據(jù)sin( Θ /2)=r/ (R+r), θ = 2arcsin [r/ (R+r)];所作的二面角A的平面角等腰三角形的腰長為(R+r).sin Θ，帶入 Θ 得:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高顆粒離散接觸檢測效率的方法，其特征在于:在具體的循環(huán)流化床鍋爐中，將得到的最多可接觸顆粒數(shù)目η編為計算機語言寫入進行數(shù)值計算的程序內(nèi)，來達到減少計算時間、提高計算效率的目的。
【文檔編號】G06F17/50GK103984829SQ201410218926
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月22日
【發(fā)明者】李笑宇, 趙博宇 申請人:李笑宇, 趙博宇