一种考虑域边界的密实圆形颗粒高效生成算法

摘要

在计算域内生成密实圆形颗粒集合体是离散单元法模拟中的一个重要问题.颗粒生成算法中，波前法(包括closed型和open型)作为一种纯几何算法，由于其高效性得到了广泛应用.然而，波前法生成的颗粒集合体在域边界上存在较大的间隙，从而导致边界的非光滑性.为克服这一问题，将closed型波前法中处理外域边界方法拓展到open型波前法.该算法通过Netwon-Raphson迭代方法得到颗粒的中心坐标和半径，从而保证新生成的颗粒与域边界相切，最终消除了边界间隙和凹凸性.针对open型波前法在堆积过程中出现的右端抬升问题，给出了解决方法，消除了潜在的优势结构面，进一步提高了计算效率.结果表明：提出的closed型和open型算法对不同的内外域边界都有很好的适用性.相比其他颗粒生成算法，open型算法效率非常高，其效率分别是离散元模拟软件和closed型的20 500倍和4.4倍.在考虑域边界情况下，open型波前法在2.3 GHz的笔记本电脑上生成410万密实圆形颗粒集合体只需0.9 s.

关键词

岩石力学 / 离散单元法 / 颗粒堆积 / 波前法 / 内外域边界 / 边界处理