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赖正寿;赵世伟;赵，冀东;Huang，林冲

任意颗粒形状颗粒介质统一DEM建模的符号距离场框架。 （英语） Zbl 1503.74118号

计算。机械。 70，编号4，763-783（2022）.
摘要：本文提出了一种符号距离场（SDF）方法，用于使用任意形状的颗粒对颗粒介质进行统一离散元法（DEM）建模。SDF方法使用由SDF函数和曲面投影函数定义的基于通用SDF的界面来严格建模颗粒形状及其在DEM建模中接触操作的复杂性。符号距离定义为粒子内部正距离和粒子外部负距离，SDF的第零等值面方便地用于表示粒子表面。粒子的表面被离散为一组节点。节点到表面算法用于检查接触检测相关距离的符号。进一步采用能量守恒接触理论，根据每个侵入节点上定义的接触电势，导出接触相互作用力。在SDF统一形状控制描述的基础上，进一步发展了专门的晶粒形状模型，将经典形状模型恢复为特殊情况，包括多超椭球体、多超二次曲面、球谐函数、多面体和水平集。进一步发展了基于加权球质心Voronoi细分的数值格式，用于严格的粒子表面离散和重构。通过示例验证并展示了所提出的SDF方法在颗粒介质DEM建模中的能力。讨论了各种粒子模型的计算方面，包括所提方法的内存消耗和计算效率。

引用于4文件

MSC公司：

74S99型 固体力学中的数值方法和其他方法
74E20型 粒度
74M15型 固体力学中的接触

关键词：

离散元法;节能接触模型;接触电势;球面谐波;点对面算法

软件：

图书馆;深度SDF;亮点
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
\textit{Z.Lai}等人，计算。机械。70，编号4，763--783（2022；Zbl 1503.74118）
全文： 内政部

参考文献：

[1] 宾夕法尼亚州昆达尔；斯特拉克，ODL，颗粒组件的离散数值模型，Géotechnique，29，1，47-65（1979）
[2] Munjiza A，Peters JF，Hopkins MA，Kala R，Wahl RE，非球形离散元法中的聚椭球体粒子。工程计算
[3] Wellmann C，Lillie C，Wriggers P，基于公共规范概念的超椭球体接触检测算法。工程计算·Zbl 1257.70021号
[4] 赵，S。；Zhao，J.，基于多超椭球体的颗粒形态方法，用于颗粒介质的DEM建模，国际几何数值和分析方法杂志，43，13，2147-2169（2019）
[5] Wang S，Ji S（2021）非对称形状粒子DEM模拟的多超二次模型。计算粒子力学1-15
[6] 克利里，PW；Sawley，ML，《工业颗粒流的DEM建模：3D案例研究和颗粒形状对料斗排放的影响》，应用数学建模，26，2，89-111（2002）·Zbl 1018.76033号
[7] Podlozhnyuk，A。；Pirker，S。；Kloss，C.，《在开放源代码框架内高效实现离散元法中的超二次粒子》，《计算粒子力学》，4，1，101-118（2017）
[8] 基尔达什蒂，K。；Dong，K。；Samali，B.，超二次粒子的精确几何接触力模型，Appl-Mech和Eng中的计算方法，360（2020）·Zbl 1441.74136号
[9] Smeets，B。；奥登塔尔，T。；Keresztes，J。；Vanmaerke，S。；Van Liedekerke，P。；Tijskens，E。；Saeys，W。；Van Oosterwyck，H。；Ramon，H.，《离散元法三角化圆体之间的接触交互建模》，《应用力学和工程中的计算方法》，277219-238（2014）·Zbl 1423.74680号
[10] Smeets，B。；奥登塔尔，T。；Vanmaerke，S。；Ramon，H.，《离散元法中建模任意多面体的基于多边形的接触描述》，《应用机械与工程中的计算方法》，290，277-289（2015）·Zbl 1423.74681号
[11] 赵，S。；周，X。；刘，W。；Lai，C.，使用多面体离散元方法的四面体粒子随机堆积，第23部分，109-117（2015）
[12] Feng，YT，用自动简化的表面三角形网格表示的球谐粒子的有效节能接触建模策略，应用力学和工程中的计算方法，379（2021）·Zbl 1506.74493号
[13] 安德拉德，JE；Lim，千瓦；阿维拉，CF；Vlahinić，I.，计算粒子力学的颗粒元方法，《应用力学和工程中的计算方法》，241262-274（2012）·Zbl 1353.76060号
[14] Lim，K-W；Andrade，JE，三维离散元计算的颗粒元法，《国际几何数值和分析方法杂志》，38，2，167-188（2014）
[15] MV，克雷维罗；Neto，AG公司；Wriggers，P.，基于计算机图形概念的刚性凸NURBS粒子之间的接触，应用机械和工程中的计算方法，386（2021）·Zbl 1507.74243号
[16] Kawamoto，R。；还有“o”，E。；Viggiani，G。；Andrade，JE，三维计算的Level set离散元方法及三轴案例研究，固体力学与物理杂志，91，1-13（2016）
[17] Kawamoto，R。；还有“o”，E。；维吉亚尼，G。；Andrade，JE，你所需要的就是形状：用LS-DEM预测沙子中的剪切带，《固体力学与物理杂志》，111375-392（2018）
[18] 卡波扎，R。；Hanley，KJ，在DEM中模拟可研磨、不规则形状颗粒的分层、基于球面谐波的方法，Powder Technol，378528-537（2021）
[19] Wang X，Yin Z，Xiong H，Dong S，Feng YT，一种基于球面谐波的三维不规则粒子离散元建模方法。国际工程数值方法杂志
[20] 钟伟。；Yu，A。；刘，X。；唐，Z。；Zhang，H.，非球形颗粒系统的DEM/CFD-DEM建模：理论发展和应用，《粉末技术》，302，108-152（2016）
[21] Feng，YT，任意形状颗粒离散元建模的能量守恒接触理论：基本框架和一般接触模型，应用力学和工程中的计算方法，373（2021）·Zbl 1506.74223号
[22] He，H。；郑洁。；Schaefer，VR，使用物理引擎模拟真实粒状土壤的剪切行为，粒状物质，23，3，1-20（2021）
[23] 赖，Z。；陈，Q。；Huang，L.，《不规则颗粒计算力学的基于傅里叶级数的离散元方法》，《应用力学与工程中的计算方法》，362（2020）·Zbl 1439.74089号
[24] 张，P。；Dong，Y。；南非加林多尔；Scheuermann，A。；Li，L.，基于Metaball的具有圆形特征的一般形状颗粒的离散元方法，计算力学，67，4，1243-1254（2021）·Zbl 1487.74123号
[25] 赵，S。；Zhou，X.，颗粒非球面性对颗粒集合宏观和微观力学行为的影响，颗粒物质，19，2，38（2017）
[26] Wachs，A。；Girolma，L。；维奈，G。；Ferrer，G.，Grains3D，任意凸形颗粒的灵活DEM方法——第一部分：数值模型和验证，粉末技术，224374-389（2012）
[27] 阿科托尼里娜，AD；Delenne，J-Y；Radjai，F。；Wachs，A.，Grains3D，一种用于任意凸形状粒子的灵活DEM方法——第三部分：扩展到作为胶粘凸粒子建模的非凸粒子，计算粒子力学，6，1，55-84（2019）
[28] Shi，C。；李，D。；徐伟（Xu，W.）。；Wang，R.，用于粒子流代码方法的复杂介观粒子的离散元簇建模，颗粒物质，17，3，377-387（2015）
[29] 郑洁。；Hryciw，RD，用于DEM模拟的基于图像的束库，《颗粒物质》，19，2，26（2017）
[30] 沈，Z。；王，G。；黄，D。；Jin，F.，用于模拟两相流体与不规则形状颗粒相互作用的解析CFD-DEM耦合模型，计算物理杂志，448（2022）·Zbl 07516790号
[31] Markauskas，D。；Kačianauskas，R。；Díiugys，A。；Navakas，R.，《DEM模拟中椭圆粒子多球近似的充分性研究》，《颗粒物质》，12，1，107-123（2010）·Zbl 1267.76121号
[32] Hertz，H.，Ueber die Beruhrung faster elastischer Korper（弹性固体接触），Jür die reine und angewandte Mathematik，92，156-171（1882）
[33] Mindlin，RD，接触弹性体的合规性，ASME应用机械杂志，16，259-268（1949）·Zbl 0034.26602号
[34] Johnson，KL，《接触力学》（1987），英国剑桥：剑桥大学出版社，英国剑桥
[35] 赵，S。；埃文斯，TM；Zhou，X.，曲率相关DEM接触模型对颗粒土宏观和微观力学行为的影响，Géotechnique，68，12，1085-1098（2018）
[36] 赖，Z。；陈，Q。；Huang，L.，2D中的半解析赫兹摩擦接触模型，Appl数学模型，92546-564（2021）·Zbl 1481.74568号
[37] 苏·D。；Wang，X.，基于傅里叶级数的二维凹面不规则颗粒离散元方法，计算与岩土工程，132（2021）
[38] 风扇，H。；黄，D。；王，G。；Wang，J.，SH体的不连续变形分析，Comput and Geotech，117（2020）
[39] 王，X。；尹，Z。；苏·D。；熊，H。；Feng，YT，基于Arcs的任意凸凹二维粒子的新型离散元建模，应用机械与工程中的计算方法，386（2021）·Zbl 1507.74573号
[40] Wriggers P，Zavarise G计算接触力学。计算力学百科全书·Zbl 1225.74006号
[41] Khoei，AR；SOR比亚巴纳基；Parvaneh，SM，通过简单有效的点对面接触算法对粉末成形过程进行三维动态建模，应用数学模型，37，1-2，443-462（2013）·Zbl 1349.74266号
[42] Paggi，M。；Wriggers，P.，《断裂力学中的节点-分段和节点-表面界面有限元》，《应用机械与工程中的计算方法》，300，540-560（2016）·Zbl 1425.74484号
[43] Jiménez，JJ；Segura，RJ，复杂多面体之间的碰撞检测，计算与图形，32，4，402-411（2008）
[44] Sheng，B。；刘，B。；李，P。；Fu，H。；马，L。；Wu，E.，基于混合表示的加速稳健布尔运算，计算机辅助几何设计，62133-153（2018）·Zbl 1505.65138号
[45] 詹，L。；彭，C。；张，B。；Wu，W.，任意形状颗粒的表面网格表示离散元法（SMR-DEM），粉末技术，377，760-779（2021）
[46] Feng，YT，任意形状颗粒离散元建模的能量守恒接触理论：基于接触体积的模型和计算问题，应用机械和工程中的计算方法，373（2021）·Zbl 1506.74224号
[47] Neto，AG公司；Wriggers，P.，一般多面体的离散元模型，计算粒子力学，9，2，353-380（2022）
[48] 沃尔夫，S。；Bucher，C.，《非结构化网格上的距离场：稳定插值、假定梯度、碰撞检测和间隙函数》，《应用力学和工程中的计算方法》，259，77-92（2013）·Zbl 1286.74069号
[49] PFC文件（2021年）。http://docs.itascacg.com/pfc700/contents.html，访问时间：2021-06-30
[50] 巴列维奇乌斯，R。；Mróz，z.，位移和力控制下两个相同球体的有限滑动模型-第一部分：静态分析，机械学报，224，8，1659-1684（2013）·Zbl 1321.74055号
[51] Mollon，G。；Zhao，J.，基于傅立叶-钒的颗粒材料离散建模真实样品生成，颗粒物质，14，5，621-638（2012）
[52] 莫隆，G。；Zhao，J.，基于随机场论和傅立叶形状描述符的真实颗粒样本的3D生成，Appl-Mech和Eng中的计算方法，279，46-65（2014）·Zbl 1423.74205号
[53] 周，B。；Wang，J。；Zhao，B.，使用微X射线层析成像和球谐波对沙粒进行微观形貌表征和重建，Eng-Geol，184126-137（2015）
[54] Wei博士。；Wang，J。；Zhao，B.，一种利用球面谐波生成颗粒形状的简单方法，粉末技术，330284-291（2018）
[55] 斯佩林斯，M。；马森，RL；JA安德森；Glotzer，SC，GPU加速离散元方法（DEM）分子动力学保守面粒子模拟，Comp Phys杂志，334，460-467（2017）
[56] Park JJ、Florence P、Straub J、Newcombe R、Lovegrove S（2019）Deepsdf:学习形状表示的连续符号距离函数。收录：IEEE/CVF计算机视觉和模式识别会议记录第165-174页
[57] Macklin M、Erleben K、Müller M、Chentanez N、Jeschke S、Corse Z（2020）《稳健签名距离场碰撞的局部优化》，《计算机图形与交互ACM会议录》。技术3（1）：1-17
[58] Jacobson A、Panozzo D等人（2018）libigl:一个简单的C++几何处理库。https://libigl.github.io网站/
[59] 哈特曼，D。；Meinke，M。；Schröder，W.，水平集方法的约束重新初始化方程，计算物理杂志，229，5，1514-1535（2010）·Zbl 1329.76259号
[60] 哈蒙，吉咪；亚瑟·D·。；Andrade，JE，用于建模断裂力学的DEM中的水平集分裂，应用力学和工程中的计算方法，365（2020）·Zbl 1442.74054号
[61] 刘，C。；Sun，W.，ILS-MPM：可变形颗粒摩擦颗粒接触力学的隐式基于水平的材料点法，应用力学和工程计算方法，369（2020）·Zbl 1506.74220号
[62] 杜琪。；Gunzburger，M。；Ju，L.，形心Voronoi细分的研究和应用进展，《数值数学：理论、方法和应用》，3，2，119-142（2010）·Zbl 1224.52032号
[63] Larrea M、Urribarri D、Martig S、Castro S使用形心voronoi细分实现球形布局。arXiv预打印arXiv:0912.3974
[64] Yang，H。；Gunzburger，M。；Ju，L.，《快速球面质心Voronoi网格生成：一种并行的Lloyd预处理LBFGS方法》，《计算物理杂志》，367，235-252（2018）·Zbl 1415.65271号
[65] Donev，A。；西塞，I。；萨克斯，D。；瓦里亚诺，EA；斯蒂林格，FH；康奈利，R。；托尔夸托，S。；Chaikin，PM，使用椭球体提高堵塞无序填料的密度，科学，303，5660，990-993（2004）
[66] 焦，Y。；斯蒂林格，FH；Torquato，S.，《超级球的最佳包装》，《物理评论》E，79，4（2009）
[67] 特拉华州；克利里，PW，超椭球体的堆积特性，EPL（欧洲物理快报），89，334002（2010）
[68] Zhou，Z。；邹，R。；Pinson，D。；Yu，A.，椭球颗粒堆积的动态模拟，Industrial&eng chem res，50，169787-9798（2011）
[69] 赵，S。；张，N。；周，X。；Zhang，L.，颗粒随机包装织物的颗粒形状效应，粉末技术，310，175-186（2017）
[70] 阿巴斯。；马萨，E。；Papagianakis，T。；Shenoy，A.，《使用离散元分析和基于微观力学的模型模拟沥青胶浆刚度》，《路面工程国际期刊》，6，2，137-146（2005）
[71] Faramarzi L.、Kheradmandian A、Azhari A（2020）盾构TBM性能有效参数的评估和优化：扭矩和推力-使用离散元法（DEM）。岩土工程和地质工程1-15
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