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专利号: 2013104030622
申请人: 金陵科技学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-08
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种水泥净浆三维微观模型生成算法,其特征在于:采用蒙特卡罗法生成水泥净浆中各类微观颗粒的粒径和形心位置,采用占区域剔除法实现网格单元属性识别,采用循环边界模拟数字模型的真实边界。

2.如权利要求1所述的水泥净浆三维微观模型生成算法,其特征在于:采用蒙特卡罗法生成微观颗粒粒径和形心位置的具体步骤为:提出采用蒙特卡罗法完成水泥中四大矿物组分微观颗粒的投放,首先根据给定的已知条件计算水泥颗粒的体积Vcement和四大矿物组分的体积Vi,如下式所示:3

Vcement=L /(w/c+1) (1)

Vi=Vi×Vcement (2)

然后采用混合同余法在[0,1]区间生成一系列的伪随机数μ1~μj,下面简单说明第i种矿物组分颗粒的投放过程,首先按式(3)所示在其粒径范围内得到该矿物组分第一个颗粒的粒径:计算该颗粒的体积 后,若Vp1>(1+5%)Vi则表明该颗粒粒径有误,需重新投放;反之,记录第一个颗粒的相关信息,进入第二个颗粒的投放;第二个颗粒投放同样采用公式(3)生成粒径R2,计算该颗粒的体积 将该体积累加到第一个颗粒的体积tol上Vi =Vp1+Vp2;

tol

若Vi >(1+5%)Vi则表明颗粒总体积已达到该矿物组分给定体积,则表明该颗粒粒径有误,需重新投放;反之,记录该颗粒的相关信息,进入下一个颗粒的投放,直至颗粒总体积tol(1-5%)Vi≤Vi ≤(1+5%)Vi,表明该矿物组分颗粒投放完毕,进入下一种矿物组分颗粒投放;

最后,在完成所有水泥矿物组分颗粒投放后,对所有颗粒粒径按从大到小的顺序进行排序。

3.如权利要求1所述的水泥净浆三维微观模型生成算法,其特征在于:采用占区域剔除法实现网格单元属性识别时,仅对单元形心处于(xi-Ri~xi+Ri,yi-Ri~yi+Ri,zi-Ri~zi+Ri)范围内的网格单元进行属性识别和材料属性为初始值(Pro-water)的网格单元进行材料属性识别。

4.如权利要求3所述的水泥净浆三维微观模型生成算法,其特征在于:采用占区域剔除法实现网格单元属性识别的具体步骤为:采用占区域剔除法完成模型各网格单元属性识别,将所有网格单元初始属性设定为水,记为Pro-water,下面简单说明某颗粒i范围内网格单元属性的识别:采用混合同余法在[0,1]区间生成一系列的伪随机数,采用如式(3)所示的方法随机生成颗粒i的形心坐标(xi,yi,zi),然后对单元形心处于(xi-Ri~xi+Ri,yi-Ri~yi+Ri,zi-Ri~zi+Ri)范围内的网格单元进行属性识别,若某单元的形心位于颗粒i范围内,则认为该网格单元属性为Proi,反之不改变该网格单元属性。

在颗粒i范围内 (4)

在识别过程中,凡是遇到材料属性不等于Pro-water的网格单元,则认为该网格单元是属于某种矿物组分的,不再需要进行材料属性识别判定,这就是占区域剔除法。采用占区域剔除法可以大大提高网格单元识别效率。

5.如权利要求1所述的水泥净浆三维微观模型生成算法,其特征在于:采用循环边界模拟数字模型的真实边界时,以局部代替整体描述模型微元体真实边界条件。

6.如权利要求5所述的水泥净浆三维微观模型生成算法,其特征在于:采用循环边界模拟数字模型的真实边界体采用以下步骤实现:对于颗粒i,当xi-Ri<0时,需进行单元属性识别的单元范围包括以下两部分:(0~xi+Ri,yi-Ri~yi+Ri,zi-Ri~zi+Ri)和(xi-Ri+L~L,yi-Ri~yi+Ri,zi-Ri~zi+Ri)判定条件应该分别定义为:在颗粒i范围内(5)式中,x、y、z是识别单元的

形心坐标;

当xi+Ri>L时,需进行单元属性识别的单元范围包括以下两部分:

(xi-Ri~L,yi-Ri~yi+Ri,zi-Ri~zi+Ri)和(0~xi+Ri-L,yi-Ri~yi+Ri,zi-Ri~zi+Ri)判定条件应该分别定义为:在颗粒i范围内(6)

对于颗粒范围在y、z轴上超出边界的情况,同样采用循环边界,参考式(5)、式(6)的方法进行分析,如式(7)~(10)所示:在颗粒i范围内(7)

在颗粒i范围内(8)

在颗粒i范围内(9)

在颗粒i范围内(10)

步骤1,(1)若xi-Ri≥0,进入步骤2;

(2)反之,则对(0~xi+Ri,yi-Ri~yi+Ri,zi-Ri~zi+Ri)和(xi-Ri+L~L,yi-Ri~yi+Ri,zi-Ri~zi+Ri)范围内单元行进材料属性识别,若所有满足式(5)条件的单元材料属性均为Pro-water,则表明该颗粒位置合理,赋予以上单元新的材料属性;反之,则表明该颗粒位置错误;

步骤2,(1)若xi+Ri≤L,进入步骤3;

(2)反之,则对(xi-Ri~L,yi-Ri~yi+Ri,zi-Ri~zi+Ri)和(0~xi+Ri-L,yi-Ri~yi+Ri,zi-Ri~zi+Ri)范围内单元行进材料属性识别,若所有满足式(6)条件的单元材料属性均为Pro-water,则表明该颗粒位置合理,赋予以上单元新的材料属性;反之,则表明该颗粒位置错误;

步骤3,(1)若yi-Ri≥0,进入步骤4;

(2)反之,则对(xi-Ri~xi+Ri,0~yi+Ri,zi-Ri~zi+Ri)和(xi-Ri~xi+Ri,yi-Ri+L~L,zi-Ri~zi+Ri)范围内单元行进材料属性识别,若所有满足式(7)条件的单元材料属性均为Pro-water,则表明该颗粒位置合理,赋予以上单元新的材料属性;反之,则表明该颗粒位置错误;

步骤4,(1)若yi+Ri≤L,进入步骤5;

(2)反之,则对(xi-Ri~xi+Ri,yi-Ri~L,zi-Ri~zi+Ri)和(xi-Ri~xi+Ri,0~yi+Ri-L,zi-Ri~zi+Ri)范围内单元行进材料属性识别,若所有满足式(8)条件的单元材料属性均为Pro-water,则表明该颗粒位置合理,赋予以上单元新的材料属性;反之,则表明该颗粒位置错误;

步骤5,(1)若zi-Ri≥0,进入步骤6;

(2)反之,则对(xi-Ri~xi+Ri,yi-Ri~yi+Ri,0~zi+Ri)和(xi-Ri~xi+Ri,yi-Ri~yi+Ri,zi-Ri+L~L)范围内单元行进材料属性识别,若所有满足式(9)条件的单元材料属性均为Pro-water,则表明该颗粒位置合理,赋予以上单元新的材料属性;反之,则表明该颗粒位置错误;

步骤6,(1)若zi+Ri≤L,进入步骤7;

(2)反之,则对(xi-Ri~xi+Ri,yi-Ri~yi+Ri,zi-Ri~L)和(xi-Ri~xi+Ri,yi-Ri~yi+Ri,0~zi+Ri-L)范围内单元行进材料属性识别,若所有满足式(8)条件的单元材料属性均为Pro-water,则表明该颗粒位置合理,赋予以上单元新的材料属性;反之,则表明该颗粒位置错误;

步骤7,则对(xi-Ri~xi+Ri,yi-Ri~yi+Ri,zi-Ri~zi+Ri)范围内单元行进材料属性识别,若所有满足式(4)条件的单元材料属性均为Pro-water,则表明该颗粒位置合理,赋予以上单元新的材料属性;反之,则表明该颗粒位置错误。

7.如权利要求1所述的水泥净浆三维微观模型生成算法,其特征在于:水泥净浆微观模型为边长Lμm的立方体,在三维坐标轴上的投影范围为(0~Lμm,0~Lμm,0~Lμm),模型网格单元尺寸为1μm;给定拟合模型的水灰比w/c,水泥中四大矿物组分的体积比vi和粒径范围 四大矿物组分材料属性记为Proi。