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基于含能材料近似球型填充最大化的位移矢量填充方法.pdf

摘要
申请专利号:

CN201510390871.3

申请日:

2015.07.03

公开号:

太阳城集团CN105160052A

公开日:

2015.12.16

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G06F 17/50申请日:20150703|||公开
IPC分类号: G06F17/50 主分类号: G06F17/50
申请人: 重庆邮电大学
发明人: 豆育升; 陈人华; 黄晓雪; 唐红; 周俊辉
地址: 400065重庆市南岸区黄桷垭崇文路2号
优先权:
专利代理机构: 重庆市恒信知识产权代理有限公司50102 代理人: 刘小红
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法律状态
申请(专利)号:

CN201510390871.3

授权太阳城集团号:

||||||

法律状态太阳城集团日:

2018.06.29|||2016.01.13|||2015.12.16

法律状态类型:

太阳城集团授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团本发明请求保护一种基于含能材料近似球型填充最大化的位移矢量填充方法,包括步骤:将球型颗粒按半径从大到小随机放入压缩舱体中,完成球型颗粒放置阶段后,进入调整阶段;调整阶段分为三个过程,即球型颗粒按x轴坐标从小到大依次向x轴负方向移动、再按y轴坐标从小到大依次向y轴负方向移动、最后按z轴坐标从小到大依次向z轴负方向移动;本发明经过上述颗粒移动之后,颗粒间空隙被最大限度的减少,又可继续填充舱体,增加填充率。

权利要求书

权利要求书
1.  一种基于含能材料近似球型填充最大化的位移矢量填充方法,其特征在于,包括以下步骤:

101、  将球型颗粒按半径从大到小随机放入压缩舱体中,完成球型颗粒放置阶段后,进入调整阶段;

102、  调整阶段分为三个过程,建立xyz坐标系,其中x轴、y轴为xy平面上的横轴或纵轴,即球型颗粒按x轴坐标从小到大依次向x轴负方向移动、再以y轴坐标从小到大依次向y轴负方向移动、最后以z轴坐标从小到大依次向z轴负方向移动;过程一:以x轴坐标将舱体中所有球型颗粒以x轴坐标0点为原点,按x轴坐标从小到大依次向x轴负方向移动,

103、  过程二:再以y轴坐标0点为原点,按y轴坐标从小到大依次向y轴负方向移动;

104、  过程三:最后以z轴坐标0点为原点,按z轴坐标从小到大依次向z轴负方向移动,满足移动之后不与任意球型颗粒相交。

2.  根据权利要求1所述的基于含能材料近似球型填充最大化的位移矢量填充方法,其特征在于,步骤101中的球型颗粒放置阶段具体为:
设球型颗粒的半径为r1,r2,r3......rn,每放置一个球型颗粒,均与之前所有颗粒逐次比较,若与任一颗粒相交则放弃本次放置,若与任一颗粒的间隙大于d,同样放弃本次放置,每放弃一次放置,放置失败次数加1;若放置失败次数大于最大尝试次数则减小半径为rm(1<m≤n),n表示为n种半径数量,并将尝试次数设0,再次放置,放置成功应满足如下不等式:
rp1+rp2<(xp1-xp2)2+(yp1-yp2)2+(zp1-zp2)2<=d]]>
其中rp1,2表示任意两颗粒半径大小,xp1,2表示两颗粒x坐标大小,yp1,2表示两颗粒y坐标大小,zp1,2表示两颗粒z坐标大小,d表示任意颗粒间最大间隙。

3.  根据权利要求1所述的基于含能材料近似球型填充最大化的位移矢量填充方法,其特征在于,步骤102中按x轴坐标从小到大依次向x轴负方向移动的 步骤具体为:设压缩舱体中共计n个球型颗粒,第一次移动的距离为d1,第n-1次移动的距离改变量为di,di为尝试移动距离,可根据具体实验需求设定,一般越小越好,移动过程中满足不与任意颗粒相交即可,移动方式为:A1、第1个颗粒即由离x轴最近的位置移至与x轴相切,距离为d1;A2、第2个至第n个颗粒,以x轴坐标从小到大依次尝试性移动球型颗粒,移动距离以d1为基准,若左移之后不与任一颗粒相交则以di为减量继续左移,否则停止移动,且满足移动之后不与任意球型颗粒相交,完成向x轴负方向移动。

4.  根据权利要求1所述的基于含能材料近似球型填充最大化的位移矢量填充方法,其特征在于,步骤103中按y轴坐标从小到大依次向y轴负方向移动的步骤具体为:B1、将第1个颗粒移至与y轴相切,距离为d1;B2、第2个至第n个颗粒,以y轴坐标从小到大依次尝试性移动球型颗粒,移动距离以d1为基准,若前移之后不与任一颗粒相交则以di为减量继续下移,否则停止移动向前移动,且满足移动之后不与任意球型颗粒相交,完成向y轴负方向移动。

5.  根据权利要求1所述的基于含能材料近似球型填充最大化的位移矢量填充方法,其特征在于,步骤104中按z轴坐标从小到大依次向z轴负方向移动方式具体为:C1、将离z轴最近的第1个颗粒移至与z轴相切,距离为d1;C2、第2个至第n个颗粒,以z轴坐标从小到大依次尝试性移动球型颗粒,移动距离以d1为基准,若下移之后不与任一颗粒相交则以di为减量继续下移,否则停止移动,且满足移动之后不与任意球型颗粒相交,完成向z轴负方向移动。

说明书

说明书基于含能材料近似球型填充最大化的位移矢量填充方法
技术领域
本发明属于材料学,计算机科学领域,具体涉及一种在含能材料压缩领域解决大小不等且位置随机的球型颗粒填充时分散,间隙过大,造成压缩舱体填充率低的问题的方法,
背景技术
含能材料即含能化合物,简称能材,意为高能量密度的物质(HEDM);其表征为该类物质多具有爆炸性、爆燃性或其他经过特定激发条件会高速率高输出释放大量能量的物质。含能材料力学性能主要是指其在不同环境(温度、介质、湿度)下,承受各种外加载荷(拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等)时所表现出的力学特征。含能材料其性质受到材料内部组成,如物质形状、体积比例等多种因素影响,材料配方的改变对总体力学性能的影响很大;同时该物质具有爆炸性质,因此对含能材料进行制备实验研究的成本和风险都很高。
近几年来,含能材料力学性能的数值模拟已受到越来越多的关注,由于材料颗粒成形过程的复杂性,阐明其成形机理十分困难,特别是如何模拟材料颗粒分布,对实验过程和结果数据尤为重要。本模拟采用美国犹他大学C-SAFE(CenterfortheSimulationofAccidentalFiresandExplosions)研究中心开发了UCF(UintahComputationalFramework)大规模并行可视化数值模拟工具Uintah和VisIt软件。
从研究情况来看,如何建立球型颗粒细观结构模型是材料颗粒压缩过程中的关键问题之一。国外学者Baer[1]等运用分子动力学的建模方法,建立了相同尺寸且位置随机分布的三维炸药颗粒细观结构模型,国内刘群[2]将炸药颗粒近似成二维圆形,且按规则六边形排布。以上学者的理想建模均对实验数据有一定影响。
简单的对球型含能材料随机排布会造成颗粒间空隙较大,填充率低,与真实装药过程相差甚远。
如果能在放置过程中,合理控制球型颗粒产生的距离从而减小空隙,势必会增加颗粒的填充数量,颗粒间排布更为紧密;即使控制颗粒间放置的距离,颗粒间的间隙依然存在,若再能通过一定方法,将压缩舱体”摇晃”,使颗粒间间隙更小,同时腾出一定的空间,便可继续放置,使填充率达到最高。
通过对现有国内资料的分析,发现目前还缺少通过控制随机放置过程,干预颗粒产生的距离和放置完毕后使压缩舱体”摇晃”从而再次尝试放置的方法。本发明正是通过分析现实填充时所产生的间隙,提出一种简单的有效地解决球型颗粒填充率低问题的算法。参考文献
[1]BaerMR.ModelingheterogeneousenergeticmaterialsattheMesoscale[J].Thermochimicaacta,2002,384:351-367.
[2]刘群,陈朗,鲁建英,等.炸药颗粒压制成型数值模拟[J].高压物理学报2009,23(6).DOI:10.3969/j.issn.1000-5773.2009.
发明内容
针对现有技术的不足,提出了一种增加填充率,提高模拟数据的真实性的基于含能材料近似球型填充最大化的位移矢量填充方法。本发明的技术方案如下:一种基于含能材料近似球型填充最大化的位移矢量填充方法,其包括以下步骤:
101、将球型颗粒按半径从大到小随机放入压缩舱体中,完成球型颗粒放置阶段后,进入调整阶段;
102、调整阶段分为三个过程,建立xyz坐标系,其中x轴、y轴为xy平面上的横轴或纵轴,即球型颗粒按x轴坐标从小到大依次向x轴负方向移动、再以y轴坐标从小到大依次向y轴负方向移动、最后以z轴坐标从小到大依次向z轴负方向移动;过程一:以x轴坐标将舱体中所有球型颗粒以x轴坐标0点为原点,按x轴坐标从小到大依次向x轴负方向移动,
103、过程二:再以y轴坐标0点为原点,按y轴坐标从小到大依次向y轴负方向移动;
104、过程三:最后以z轴坐标0点为原点,按z轴坐标从小到大依次向z轴 负方向移动,满足移动之后不与任意球型颗粒相交。
进一步的,步骤101中的球型颗粒放置阶段具体为:
设球型颗粒的半径为r1,r2,r3......rn,每放置一个球型颗粒,均与之前所有颗粒逐次比较,若与任一颗粒相交则放弃本次放置,若与任一颗粒的间隙大于d,同样放弃本次放置,每放弃一次放置,放置失败次数加1;若放置失败次数大于最大尝试次数则减小半径为rm(1<m≤n),n表示为n种半径数量,并将尝试次数设0,再次放置,放置成功应满足如下不等式:
rp1+rp2<(xp1-xp2)2+(yp1-yp2)2+(zp1-zp2)2<=d]]>
其中rp1,2表示任意两颗粒半径大小,xp1,2表示两颗粒x坐标大小,yp1,2表示两颗粒y坐标大小,zp1,2表示两颗粒z坐标大小,d表示任意颗粒间最大间隙。
进一步的,步骤102中按x轴坐标从小到大依次向x轴负方向移动的步骤具体为:设压缩舱体中共计n个球型颗粒,第一次移动的距离为d1,第n-1次移动的距离改变量为di,di为尝试移动距离,可根据具体实验需求设定,一般越小越好,移动过程中满足不与任意颗粒相交即可,移动方式为:A1、第1个颗粒即由离x轴最近的位置移至与x轴相切,距离为d1;A2、第2个至第n个颗粒,以x轴坐标从小到大依次尝试性移动球型颗粒,移动距离以d1为基准,若左移之后不与任一颗粒相交则以di为减量继续左移,否则停止移动,且满足移动之后不与任意球型颗粒相交,完成向x轴负方向移动。
进一步的,步骤103中按y轴坐标从小到大依次向y轴负方向移动的步骤具体为:B1、将第1个颗粒移至与y轴相切,距离为d1;B2、第2个至第n个颗粒,以z轴坐标从小到大依次尝试性移动球型颗粒,移动距离以d1为基准,若前移之后不与任一颗粒相交则以di为减量继续下移,否则停止移动,且满足移动之后不与任意球型颗粒相交,完成向y轴负方向移动。
进一步的,步骤104中按z轴坐标从小到大依次向z轴负方向移动方式具体 为:C1、将离z轴最近的第1个颗粒移至与z轴相切,距离为d1;C2、第2个至第n个颗粒,以z轴坐标从小到大依次尝试性移动球型颗粒,移动距离以d1为基准,若下移之后不与任一颗粒相交则以di为减量继续下移,否则停止移动,且满足移动之后不与任意球型颗粒相交,完成向z轴负方向移动。
本发明的优点及有益效果如下:
放置阶段,每生成一个随机颗粒都会紧挨之前生成的颗粒,该阶段避免了因为随机使得颗粒相隔太远而产生空隙较大的问题,增加颗粒填充数量;
调整阶段,经过放置阶段,颗粒间仍有空隙存在。通过颗粒在x轴、y轴上的水平方向移动,使得颗粒间更为紧凑,减少空隙,再通过z轴上的向下移动,进一步减少空隙并腾出舱体空间,可循环进入放置阶段继续填充颗粒,从而增加填充率。
附图说明
图1是本发明优选实施例图1为传统的球型颗粒按照半径从大到小随机放置算法流程图。
图2为本发明提出的经过改进后填充阶段的填充算法流程图。
图3为整个算法流程图,包括填充阶段和调整阶段。
图4为一般填充示意图。
图5为发明算法填充完毕示意图。
图6为一般填充完毕示意图。
图7为发明算法填充完毕示意图。
具体实施方式
以下结合附图,对本发明作进一步说明:
参见图1,图3为本发明的分析流程,如图所示,本发明提供的一种基于含能材料近似球填充最大化的算法,该算法包括填充阶段和调整阶段,步骤如下:
填充阶段:
1、将球型颗粒按半径从大到小随机放入压缩舱体中,设半径为r1,r2,r3......rn,设最大尝试次数为100万次,最大间隙为d,p表示球型颗粒;
2、每放置一个球型颗粒(第一个除外),均会与之前所以颗粒逐次比较,若与任一颗粒相交则放弃本次放置,若与任一颗粒的距离大于d,同样放弃本次放置,每放弃一次放置,放置失败次数加1;若放置失败次数大于最大尝试次数则改变半径为rm(1<m≤n),并将尝试次数设0,再次放置。放置成功应满足如下不等式;
rp1+rp2<(xp1-xp2)2+(yp1-yp2)2+(zp1-zp2)2<=d]]>
3、若达到最大放置次数且半径为rn,则放置完毕并退出程序;
调整阶段:
4、将舱体中所有球型颗粒以x轴坐标为原点,从小到大依次向x轴负方向移动,设压缩舱体中共计n个球型颗粒,第一次移动的距离为d1,第n-1次移动的距离改变量为di,移动方式为:
4.1、第1个颗粒(离x轴最近)移至与x轴相切,距离为d1;
4.2、第2个至第n个颗粒,以x轴坐标从小到大依次尝试性移动球型颗粒,移动距离以d1为基准,若左移之后不与任一颗粒相交则以di为减量继续左移,否则停止移动,且满足移动之后不与任意球型颗粒相交;
5、待所有球型颗粒按如上过程移动之后,再以y轴坐标从小到大依次向y轴负方向移动,移动方式为:
5.1、第1个颗粒(离y轴最近)移至与y轴相切,距离为d1;
5.2、第2个至第n个颗粒,以y轴坐标从小到大依次尝试性移动球型颗粒,移动距离以d1为基准,若前移之后不与任一颗粒相交则以di为减量继续前移,否则停止移动,且满足移动之后不与任意球型颗粒相交;
6、经如上过程移动之后,再以z轴坐标从小到大依次向z轴负方向移动,移动方式为:
5.1、第1个颗粒(离z轴最近)移至与z轴相切,距离为d1;
5.2、第2个至第n个颗粒,以z轴坐标从小到大依次尝试性移动球型颗粒,移动距离以d1为基准,若下移之后不与任一颗粒相交则以di为减量继续下移,否则停止移动,且满足移动之后不与任意球型颗粒相交;
7、完成调整阶段后,舱体中会出现连续空白区域,回到填充阶段,继续执行依次,可实现压缩舱体中球型颗粒的最大化放置;
太阳城集团以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后,技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

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