基于随机骨料模型的不规则颗粒投放算法研究

作     者：董朋昆 高政国 孙卉竹 

作者机构：北京航空航天大学交通科学与工程学院 哈尔滨工业大学建筑设计研究院有限公司 

出 版 物：《应用力学学报》 (Chinese Journal of Applied Mechanics)

年 卷 期：2025年

学科分类：08[工学] 080102[工学-固体力学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(11872092 12372380) 

主　　题：不规则颗粒 三维随机骨料投放算法 面向对象技术 3D打印 颗粒堆积 

摘      要：不规则颗粒体系数值模拟是研究颗粒材料力学行为的重要方法，实现不规则颗粒的三维数字化模型建立与高效投放技术对研究颗粒体系的力学行为具有重要意义。为实现各种不规则颗粒模型的生成与投放，本文基于C#平台设计开发了不规则颗粒投放软件。首先基于三维凸型不规则颗粒的空间多面体几何属性信息，设计了面向对象方法表征的颗粒信息数据结构；应用三维随机骨料投放生成算法，开发了不规则颗粒自动生成与投放功能的程序软件；基于C#平台实现了控制参数输入与不规则颗粒生成的用户界面交互，并借助OpenGL的图形功能实现了三维模型的可视化操作。在软件中设计了3D打印输出模块，可通过3D打印机实现所投放数字化颗粒的快速打印生成，为不规则颗粒试验研究提供试验样本。在软件中建立了不规则颗粒有限元模型文件输出格式，可为不规则颗粒材料的离散元及有限元数值模拟提供前处理模型。最后使用不规则颗粒进行了颗粒堆积试验研究，并进行了颗粒数字模型的显式有限元模拟，结果表明本文软件程序实现的不规则颗粒数字模型与可视化技术，可满足不规则颗粒问题研究的物理实验与数值模拟需求。