一种基于EDEM提取滚磨光整加工三维力链网络的方法

本发明涉及滚磨光整加工，特别是涉及一种基于edem提取滚磨光整加工三维力链网络的方法。

背景技术：

1、滚磨光整加工技术具有适应性强、加工效果好、经济可承受等优点，是一种常用的表面完整性制造工艺，已用于加工航空航天、兵器工业、煤机装备等领域的零件。但由于缺乏对颗粒物质体系的深入研究，大多数工艺参数均需要大量实验或根据工人经验确定，没有理论指导。目前，科研工作者已对滚磨光整加工中的速度、作用力进行了研究，但主要是针对宏观颗粒流场和微观颗粒作用行为的研究，对于介观尺度尚未有深入研究。

2、颗粒体系在自身重力及外部载荷作用下，内部颗粒间相互挤压、碰撞形成了力链网络，滚磨光整加工中的颗粒介质（滚抛磨块）是一种典型的颗粒物质体系，颗粒物质介观尺度力链的复杂动力学行为是联系微观颗粒作用行为和宏观颗粒流场的纽带和桥梁，力链网络对外载荷的复杂响应决定了颗粒物质体系的宏观行为。因此，滚磨光整加工中颗粒介质力链网络的研究对滚磨光整加工工艺研发具有重要意义。

3、现有的相关技术有：（一）使用pfc2d建立滚磨光整加工的二维离散元模型，研究加工过程中颗粒介质力链网络演化机制，但仅局限于二维力链；（二）一种基于edem实现岩石破碎过程可视化的方法，利用bpm粘结键构建岩石颗粒力链网络，不适用于滚磨光整加工中颗粒介质的力链网络提取。因此，针对上述现有技术的局限性，本发明提供一种基于edem提取滚磨光整加工三维力链网络的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种基于edem提取滚磨光整加工三维力链网络的方法，既可以对加工过程中颗粒介质力链网络进行可视化观测，还可以对力链网络进行定量化描述。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种基于edem提取滚磨光整加工三维力链网络的方法，包括：

4、建立滚磨光整加工edem仿真模型，通过对所述edem仿真模型设置参数进行仿真，获取仿真结果；

5、基于所述仿真结果获取颗粒接触数据；

6、以力链形成判据准则以及滚磨光整加工工艺研究目标为基础，对所述颗粒接触数据进行处理，提取三维力链网络颗粒数据；

7、对所述三维力链网络颗粒数据进行定量化表征，获取三维力链网络定量化评价指标，基于所述三维力链网络定量化评价指标构建三维力链网络可视化模型，完成滚磨光整加工三维力链网络的提取。

8、进一步地，所述参数包括材料参数、接触参数、颗粒介质参数、运动参数、仿真时间、取样间隔，其中，所述材料参数包括颗粒介质、容器的密度、泊松比、剪切模量；所述接触参数包括颗粒与颗粒、颗粒与容器之间的摩擦系数和碰撞恢复系数；所述颗粒介质参数包括颗粒的直径和颗粒的数量。

9、进一步地，基于所述仿真结果获取颗粒接触数据包括：

10、通过python软件的edempy工具库读取所述仿真结果，提取出所述颗粒接触数据，其中，所述仿真结果为通过对所述edem仿真模型设置参数进行edem离散元仿真所生成的hdf5文件；所述颗粒接触数据包括颗粒id、颗粒位置、颗粒间接触力向量。

11、进一步地，对所述颗粒接触数据进行处理包括：

12、以力链形成判据准则为基础筛选准则，对所述颗粒接触数据进行筛选处理，并在筛选处理中结合滚磨光整加工工艺研究目标，提取满足所述研究目标的三维力链网络颗粒数据，其中，所述研究目标包括强弱力链网络提取、局部区域力链网络提取、工件表面或器壁力链网络提取。

13、进一步地，对所述颗粒接触数据进行筛选处理包括：

14、s1.获取颗粒体系内同一时刻全部颗粒接触数据，预设颗粒间接触力阈值，基于颗粒间接触力进行第一次颗粒接触数据筛选，获取第一次筛选结果；

15、s2.在所述第一次筛选结果中依次检验每一个颗粒是否满足同时至少与两个不同颗粒接触，即是否形成颗粒数的力链，若满足，则记录颗粒接触数据，并对重复记录的颗粒接触数据进行剔除，完成第二次颗粒接触数据筛选，获取第二次筛选结果；

16、s3.预设法向夹角阈值，在所述第二次筛选结果中选取力链的第一首颗粒、第一次颗粒、第一末颗粒，其中，所述第一首颗粒为所述力链的任意颗粒，所述第一次颗粒为与所述第一首颗粒接触的任意颗粒，所述第一末颗粒为与第一次颗粒接触的除第一首颗粒外的任意颗粒；

17、s4.分别获取第一首颗粒与第一次颗粒、第一次颗粒与第一末颗粒的方向向量，计算法向夹角，判断是否存在满足法向夹角的第一末颗粒，若存在且存在多个，则选取法向夹角最小的第一末颗粒，并记录颗粒接触数据，完成第三次颗粒接触数据筛选；

18、s5.将所述第一次颗粒作为第二首颗粒，第一末颗粒作为第二次颗粒，选取第二末颗粒重复进行s4，直至单条力链筛选结束；

19、s6.选取与所述第一首颗粒接触的下一个第一次颗粒，重复s3-s5，直至以所述第一首颗粒为起点的全部单条力链筛选结束；

20、s7.在颗粒体系内选取下一个力链的第一首颗粒，重复s3-s6，直至颗粒体系内全部力链筛选结束。

21、进一步地，所述法向夹角的计算方法为：

22、

23、其中，是三个颗粒间法向夹角，、分别是次颗粒与首颗粒、次颗粒与末颗粒的方向向量，是法向夹角阈值。

24、进一步地，所述强弱力链网络提取的实现方法包括：

25、将所述颗粒间接触力阈值预设为颗粒体系中所有接触力的平均值，计算颗粒间接触力，当，则为强力链；当，则为弱力链，完成强弱力链网络的提取。

26、进一步地，所述局部区域力链网络提取的实现方法包括：

27、基于限定三维坐标的方式对颗粒体系内同一时刻全部颗粒接触数据进行筛选，获取局部区域中的颗粒接触数据，基于局部区域中的颗粒接触数据进行所述s1-s7的筛选处理，提取局部区域内的三维力链网络颗粒数据。

28、进一步地，所述工件表面或器壁力链网络提取的实现方法包括：

29、提取与工件表面或器壁接触的颗粒id集合，将所述颗粒id集合作为力链的第一首颗粒进行所述s3-s7的筛选处理，提取作用于工件表面或器壁的三维力链网络颗粒数据。

30、本发明的有益效果为：

31、本发明可实现滚磨光整加工中颗粒介质的三维力链网络提取，突破了原有pfc2d仅能提取二维力链网络的限制，还可根据滚磨光整加工工艺研究目标分析强弱力链、局部区域以及工件表面或器壁的力链网络；本发明通过分析滚磨光整加工中颗粒介质的流场特征以及宏观颗粒流场、介观颗粒力链网络以及微观颗粒作用的关系提供一种新方法，推动对滚磨光整加工颗粒介质的理解以及滚磨光整加工工艺的研发进程；本发明提出的三维力链网络提取方法，不仅可用于滚磨光整加工中颗粒介质力链网络提取，还可用于其它基于edem仿真的离散元领域。

技术特征：

1.一种基于edem提取滚磨光整加工三维力链网络的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于edem提取滚磨光整加工三维力链网络的方法，其特征在于，所述参数包括材料参数、接触参数、颗粒介质参数、运动参数、仿真时间、取样间隔，其中，所述材料参数包括颗粒介质和容器的密度、泊松比、剪切模量；所述接触参数包括颗粒与颗粒、颗粒与容器之间的摩擦系数和碰撞恢复系数；所述颗粒介质参数包括颗粒的直径和颗粒的数量。

3.根据权利要求1所述的基于edem提取滚磨光整加工三维力链网络的方法，其特征在于，基于所述仿真结果获取颗粒接触数据包括：

4.根据权利要求1所述的基于edem提取滚磨光整加工三维力链网络的方法，其特征在于，对所述颗粒接触数据进行处理包括：

5.根据权利要求4所述的基于edem提取滚磨光整加工三维力链网络的方法，其特征在于，对所述颗粒接触数据进行筛选处理包括：

6.根据权利要求5所述的基于edem提取滚磨光整加工三维力链网络的方法，其特征在于，所述法向夹角的计算方法为：

7.根据权利要求5所述的基于edem提取滚磨光整加工三维力链网络的方法，其特征在于，所述强弱力链网络提取的实现方法包括：

8.根据权利要求5所述的基于edem提取滚磨光整加工三维力链网络的方法，其特征在于，所述局部区域力链网络提取的实现方法包括：

9.根据权利要求5所述的基于edem提取滚磨光整加工三维力链网络的方法，其特征在于，所述工件表面或器壁力链网络提取的实现方法包括：

技术总结
本发明涉及滚磨光整加工技术领域，特别是涉及一种基于EDEM提取滚磨光整加工三维力链网络的方法，包括：建立滚磨光整加工EDEM仿真模型，通过对EDEM仿真模型设置参数进行仿真，获取仿真结果；基于仿真结果获取颗粒接触数据；以力链形成判据准则以及滚磨光整加工工艺研究目标为基础，对颗粒接触数据进行处理，提取三维力链网络颗粒数据；对三维力链网络颗粒数据进行定量化表征，获取三维力链网络定量化评价指标，基于三维力链网络定量化评价指标构建三维力链网络可视化模型，完成滚磨光整加工三维力链网络的提取。本发明不仅可用于滚磨光整加工中颗粒介质力链网络提取，还可用于其它基于EDEM仿真的离散元领域。

技术研发人员：李文辉,田涛,温学杰,李秀红,杨胜强,程丽俊
受保护的技术使用者：太原理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16