一种三维颗粒体系力链断裂预测方法及系统

本发明涉及颗粒体系细微观，特别是涉及一种三维颗粒体系力链断裂预测方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提到了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

2、作为一种类似临界现象的复杂过程，颗粒物质体系失稳广泛存在于自然界中，如泥石流、碎屑流等灾害的起动，以及塌方等。因此，失稳研究是今后颗粒物质力学研究的重点之一，也是其应用的基础。颗粒物质失稳研究的重点主要涉及的是颗粒物质在应力场中的破坏行为，既包括局域的、宏观上不易察觉的颗粒尺度的应力和位置重新分布，也包括大尺度、灾难性的整体失稳现象，后者是从局域固态-流态转变聚集和发展而成的，可谓“千丈之堤，以蝼蚁之穴溃”。

3、颗粒体系的本质，是由大量离散无规律的固体颗粒，以及为维护系统稳定性而形成的颗粒间相互作用力共同组成。而通常情况下，由于构成颗粒体系的颗粒是随机排布的，故而颗粒体系具有无序性、非均匀性、不稳定性以及离散性等特点。学者们对颗粒物质的研究被分为微观尺度上的颗粒间接触理论研究、细观尺度上的力链研究与宏观尺度上颗粒体系受外在干扰研究三方面，其中对细观尺度上力链的研究，成为联系宏、微观研究的重点。由于颗粒物质的力学响应、塑性变形和破坏等均源自大量离散颗粒间的细观作用并表现出的宏观群体行为，因此，从细观结构层次上寻找宏观变形与破坏的机制，这也是现阶段研究颗粒物质力学本构关系面临的主要问题。

4、因此，研究三维颗粒体系力链断裂预测方法，具有重要意义。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种三维颗粒体系力链断裂预测方法、系统、电子设备及计算机可读存储介质，从位移矢量差与偏转角变化两方面进行判别，能够快速和高效的实现力链断裂预测。

2、第一方面，本发明提供了一种三维颗粒体系力链断裂预测方法；

3、一种三维颗粒体系力链断裂预测方法，包括：

4、获取三维颗粒体系内每个颗粒球心所在的位置信息，计算起始颗粒与相接触的颗粒之间的位移矢量差，判断所述位移矢量差是否小于等于位移差阈值；

5、若否，则起始颗粒与相接触的颗粒之间不构成三维力链；

6、若是，则相接触的颗粒为有效颗粒，计算有效颗粒的偏转角，判断偏转角是否大于偏转角阈值；若是，则该有效颗粒处发生断裂，发出预警信息；

7、其中，所述位移差阈值根据外载荷速度和颗粒构成或脱离力链的时间确定，所述偏转角阈值根据颗粒体系配位数确定；

8、重复执行上述步骤，直至遍历三维颗粒体系内的所有颗粒。

9、进一步的，所述位移差阈值表示为：

10、sc′＝a×v×tm

11、其中，a为阈值系数，v为外载荷速度，tm为颗粒构成或脱离力链的时间。

12、优选的，所述颗粒构成或脱离力链的时间表示为：

13、

14、其中，ρ为颗粒材料密度，f为外载荷大小，d为颗粒移动直径。

15、进一步的，所述偏转角阈值表示为：

16、

17、其中，z为三维颗粒体系平均配位数。

18、进一步的，所述获取三维颗粒体系内每个颗粒球心所在的位置信息包括：

19、利用折射率匹配技术，获取不同时刻下三维颗粒体系内每个颗粒所在的位置信息；

20、根据每个颗粒的几何组构和所在的位置信息，计算每个颗粒球心所在的位置信息。

21、进一步的，若有效颗粒的偏转角小于等于偏转角阈值，则判断是否存在与有效颗粒接触的颗粒；

22、若是，则将有效颗粒作为起始颗粒；若否，输出长度达标的三维力链。

23、进一步的，若起始颗粒与相接触的颗粒之间不构成三维力链，则判断是否已检索全部与起始颗粒接触的颗粒；若是，则该起始颗粒不在三维力链上。

24、第二方面，本发明提供了一种三维颗粒体系力链断裂预测系统；

25、一种三维颗粒体系力链断裂预测系统，包括：

26、位移矢量差判别模块，被配置为：获取三维颗粒体系内每个颗粒球心所在的位置信息，计算起始颗粒与相接触的颗粒之间的位移矢量差，判断所述位移矢量差是否小于等于位移差阈值；若否，则起始颗粒与相接触的颗粒之间不构成三维力链；

27、偏转角判别模块，被配置为：若是，则相接触的颗粒为有效颗粒，计算有效颗粒的偏转角，判断偏转角是否大于偏转角阈值；若是，则该有效颗粒处可能发生断裂，发出预警信息；

28、其中，所述位移差阈值根据外载荷速度和颗粒构成或脱离力链的时间确定，所述偏转角阈值根据颗粒体系配位数确定；

29、重复执行上述步骤，直至遍历三维颗粒体系内的所有颗粒。

30、第三方面，本发明提供了一种电子设备；

31、一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成上述三维颗粒体系力链断裂预测方法的步骤。

32、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质；

33、一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成上述三维颗粒体系力链断裂预测方法的步骤。

34、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

35、1、本发明提供的技术方案，基于位移差阈值和偏转角变化阈值进行三维颗粒体系内部力链断裂预测，从位移差与偏转角变化两方面进行判别，能够快速和高效的实现三维力链的断裂预测。

36、2、本发明提供的技术方案，先对颗粒位移进行统计，对于一个颗粒而言，同一时刻位移只有一个值，只需计算一次，节省了运算时间；仅对有效颗粒进行偏转角的判断，可以更快速的实现已知力链上颗粒断点的预测。

技术特征：

1.一种三维颗粒体系力链断裂预测方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的三维颗粒体系力链断裂预测方法，其特征在于，所述位移差阈值表示为：

3.如权利要求2所述的三维颗粒体系力链断裂预测方法，其特征在于，所述颗粒构成或脱离力链的时间表示为：

4.如权利要求1所述的三维颗粒体系力链断裂预测方法，其特征在于，所述偏转角阈值表示为：

5.如权利要求1所述的三维颗粒体系力链断裂预测方法，其特征在于，所述获取三维颗粒体系内每个颗粒球心所在的位置信息包括：

6.如权利要求1所述的三维颗粒体系力链断裂预测方法，其特征在于，若有效颗粒的偏转角小于等于偏转角阈值，则判断是否存在与有效颗粒接触的颗粒；

7.如权利要求1所述的三维颗粒体系力链断裂预测方法，其特征在于，若起始颗粒与相接触的颗粒之间不构成三维力链，则判断是否已检索全部与起始颗粒接触的颗粒；若是，则该起始颗粒不在三维力链上。

8.一种三维颗粒体系力链断裂预测系统，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求1-7任一项所述的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求1-7任一项所述的步骤。

技术总结
本发明公开了一种三维颗粒体系力链断裂预测方法及系统，属于颗粒体系细微观技术领域。包括获取三维颗粒体系内每个颗粒球心所在的位置信息，计算起始颗粒与相接触的颗粒之间的位移矢量差，判断位移矢量差是否小于等于位移差阈值；若否，则起始颗粒与相接触的颗粒之间不构成三维力链；若是，则相接触的颗粒为有效颗粒，计算有效颗粒的偏转角，判断偏转角是否大于偏转角阈值；若是，则该有效颗粒处发生断裂；其中，位移差阈值根据外载荷速度和颗粒构成或脱离力链的时间确定，偏转角阈值根据颗粒体系配位数确定。能够快速和高效的实现力链断裂预测，解决了现有技术中存在“三维颗粒体系力链断裂预测运算量过大和准确性不足”的问题。

技术研发人员：陈凡秀,顾焱吉,于洋,刘雨欣,王远,钟宜辰,孙洁
受保护的技术使用者：青岛理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15