CN111310349A - 适用于离散元计算信息连续化展示的数据处理分析方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种适用于离散元计算信息连续化展示的数据处理分析方法，根据离散元计算所输出的应力、速度或位移数据信息，将数据点按其圆心/球心坐标置于平面/空间直角坐标系中；采用Delaunay三角剖分方法将平面/空间直角坐标系中的数据点进行划分，形成不均匀的三角形网格/不均匀四面体；进行插值，得到三角形网格/四面体面上插值点的插值结果，实现数据连续。
Description
技术领域
本公开属于岩土技术领域，涉及一种适用于离散元计算信息连续化展示的数据处理分析方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
随着现代工程建设规模的增大，场地条件越来越复杂，因而产生的工程问题也越来越难解。在对这些问题进行分析评价时，采用传统的解析法求解其数学、力学模型的偏微分方程几乎无法实现，岩土工程数值方法的发展为解决这类问题提出了可能；同时，多种数值方法的不断成功应用，深化了人们对许多岩土工程现象的理解，并有力地推动了岩土工程学科的定量化进程。数值计算方法的突出优点是能够较好地考虑诸如介质的各向异性、非均质特性及其随时间变化、复杂边界条件和介质不连续性等复杂工程条件。随着计算机技术向着千万亿次乃至更高的级别迈进，解决岩土工程问题的数值模拟理论和方法迅速发展，广泛地应用在岩土工程分析的各个方面。
离散单元法最早是由Cundall于1971年提出来的一种数值模拟方法，这个方法假定岩体完全被节理切割成离散块体，对块体逐个进行受力分析，建立牛顿运动方程式，采用差分格式求解块体的位移。离散单元法在岩石力学、土力学、流体力学等领域有着广泛的应用，是计算力学发展最快的领域之一。然而，由于离散元是将计算空间离散为有限数量具有接触作用关系的颗粒单元，在数据处理和展示方面存在不连续的问题，不利于计算结果与试验结果的对比分析。
发明内容
本公开为了解决上述问题，提出了一种适用于离散元计算信息连续化展示的数据处理分析方法，本公开能够实现离散元计算结果后处理，数据分析连续化。
根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
一种适用于离散元计算信息连续化展示的数据处理分析方法，包括以下步骤：
(1)确定待处理的数据类型，如果是平面离散元数据则进入步骤(2)，否则进入步骤(7)；
(2)选定第一平面，根据离散元计算所输出的应力、速度或位移数据信息，将数据点按其圆心坐标置于平面直角坐标系中；
(3)采用二维Delaunay三角剖分方法将平面直角坐标系中的数据点进行三角形划分，形成不均匀的三角形网格；
(4)对每一个三角形进行局部插值，实现数值连续化；
(5)判断是否还有未处理的平面离散元数据，如果不是，则结束，如果是，则更换平面，重复步骤(2)-(5)，直到处理完成；
(6)根据每个平面与空间对称面的距离，给每一个平面的应力、速度或位移数据添加一个权函数，将多个平面的数据通过加权的形式，整合到一个平面上，完成空间模拟；
(7)根据离散元计算所输出的应力、速度或位移数据信息，将散乱的数据点按其球心坐标置于空间直角坐标系中；
(8)采用三维Delaunay三角剖分方法将空间直角坐标系中的数据点划分成相邻但不相交的不均匀四面体；
(9)对每个四面体内部进行插值，得到四面体面上插值点的插值结果，实现三维空间上的数据连续。
作为可选择的实施方式，对于单个平面二维离散元计算信息连续化展示过程中，对每一个三角形内部进行局部插值，三角形三个顶点坐标是其上的数据值。
作为可选择的实施方式，对于单个平面二维离散元计算信息连续化展示过程中，对于在三角形边上的插值点来说，由插值函数分别求出相邻两个三角形对其的插值，再求两者的平均值，即为该三角形边上插值点的插值。
作为可选择的实施方式，对于准三维离散元数据或多平面数据的处理过程，先将每个平面进行编号，进行依次处理。
作为可选择的实施方式，对于空间三维离散元计算信息连续化展示过程中，不均匀四面体除了端点，四面体内部和棱边都不包含任何数据点。
作为可选择的实施方式，对于空间三维离散元计算信息连续化展示过程中，对每个四面体内部进行插值计算，四面体四个顶点坐标是其上的数据值，利用插值函数分别求出相邻两个四面体对其的插值，再求两者的平均值，即为该四面体面上插值点的插值。
一种适用于离散元计算信息连续化展示的数据处理分析系统，包括：
数据类型确定模块，被配置为确定待处理的数据类型；
平面数据处理模块，被配置为选定第一平面，根据离散元计算所输出的应力、速度或位移数据信息，将数据点按其圆心坐标置于平面直角坐标系中；采用二维Delaunay三角剖分方法将平面直角坐标系中的数据点进行三角形划分，形成不均匀的三角形网格；对每一个三角形进行局部插值，实现数值连续化；
判断模块，被配置为判断是否还有未处理的平面离散元数据，如果不是，则结束，如果是，则更换平面，进行重复平面数据处理，直到处理完成；根据每个平面与空间对称面的距离，给每一个平面的应力、速度或位移数据添加一个权函数，将多个平面的数据通过加权的形式，整合到一个平面上，完成空间模拟；
空间数据处理模块，被配置为根据离散元计算所输出的应力、速度或位移数据信息，将散乱的数据点按其球心坐标置于空间直角坐标系中；采用三维Delaunay三角剖分方法将空间直角坐标系中的数据点划分成相邻但不相交的不均匀四面体；对每个四面体内部进行插值，得到四面体面上插值点的插值结果，实现三维空间上的数据连续。
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种适用于离散元计算信息连续化展示的数据处理分析方法。
一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种适用于离散元计算信息连续化展示的数据处理分析方法。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
本公开根据待处理数据的类型不同，进行分别处理，能够实现离散元计算结果后处理，实现各类数据分析的连续化；
本公开采用Delaunay剖分方法，提高计算效率，减少搜索临近点所占用的时间和内存，便于执行。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为一种适用于离散元计算信息连续化展示的数据处理分析方法流程图；
图2为平面二维离散元数据散点分布图；
图3为平面二维离散元数据三角剖分示意图；
图4为平面二维离散元数据连续化展示图；
图5为空间三维离散元数据散点分布图；
图6为空间三维离散元数据内部三角剖分示意图；
图7为空间三维离散元数据整体三角剖分示意图；
图8为空间三维离散元数据连续化展示图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
一种适用于离散元计算结果连续化的分析方法，该方法流程如图1，能够实现离散元计算结果后处理，数据分析连续化。
1.对于平面二维离散元计算信息连续化展示的数据处理分析方法如下：
(1)根据离散元计算所输出的应力、速度、位移等数据信息，将数据点按其圆心坐标(xi，yi)置于平面直角坐标系中，如图2所示；
(2)采用二维Delaunay三角剖分方法将平面直角坐标系中的数据点进行三角形划分，即把一个散点集合剖分成不均匀的三角形网格，如图3所示；
(3)对每一个三角形内部进行局部插值，三角形三个顶点坐标为
是其上的数据值(应力、速度和位移等)，
那么插值公式如下：
其中，
为数据点处数据值(应力、速度和位移等)f(xj)的βk阶导数，
为插值点到其余两个数据点的距离,
为其中一数据点到其余两个数据点的距离；
(4)对于在三角形边上的插值点来说，由上述步骤(3)中的插值函数分别求出相邻两个三角形对其的插值，再求两者的平均值，即为该三角形边上插值点的插值，插值结果如图4所示；
2.准三维离散元(计算模型宽度远小于模型的长度和高度)计算信息连续化展示的数据处理分析方法如下：
(1)先将每个平面进行编号i＝1,2,3…n，n为平面个数(n≤10)；
(2)重复上述平面二维离散元计算结果连续化的三个步骤：
1)分别根据每一平面离散元输出结果，将散乱的数据点按其圆心坐标(xi，yi)置于平面直角坐标系中；
2)采用平面Delaunay三角剖分方法将平面直角坐标系中的数据点进行三角形划分；
3)根据插值公式在每一个三角形单元中进行插值，实现数值连续化；
(3)每一个选取的平面在空间的位置都有所不同，根据其与空间对称面x的距离，给每一个平面的数据(应力、速度和位移等)添加一个权函数：
将这多个平面的数据通过加权的形式，整合到一个平面上，从某种程度上说，这个平面的数据情况可以展示空间的模拟情况；
3.空间三维离散元计算信息连续化展示的数据处理分析方法如下：
(1)根据离散元计算所输出的应力、速度、位移等数据信息，将散乱的数据点按其球心坐标(xi，yi，zi)置于空间直角坐标系中，如图5所示；
(2)采用三维Delaunay三角剖分方法将空间直角坐标系中的数据点划分成相邻但不相交的不均匀四面体，除了端点，四面体内部和棱边都不包含任何数据点，如图6、7所示；
(3)对每个四面体内部进行插值计算，四面体四个顶点坐标为
是其上的数据值(应力、速度和位移等)，
那么插值公式如下：
(4)对于在四面体面上的插值点来说，由上述步骤(3)中的插值函数分别求出相邻两个四面体对其的插值，再求两者的平均值，即为该四面体面上插值点的插值，结果如图8所示。
本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种适用于离散元计算信息连续化展示的数据处理分析方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)确定待处理的数据类型，如果是平面离散元数据则进入步骤(2)，否则进入步骤(7)；
(2)选定第一平面，根据离散元计算所输出的应力、速度或位移数据信息，将数据点按其圆心坐标置于平面直角坐标系中；
(3)采用二维Delaunay三角剖分方法将平面直角坐标系中的数据点进行三角形划分，形成不均匀的三角形网格；
(4)对每一个三角形进行局部插值，实现数值连续化；
(5)判断是否还有未处理的平面离散元数据，如果不是，则结束，如果是，则更换平面，重复步骤(2)-(5)，直到处理完成；
(6)根据每个平面与空间对称面的距离，给每一个平面的应力、速度或位移数据添加一个权函数，将多个平面的数据通过加权的形式，整合到一个平面上，完成空间模拟；
(7)根据离散元计算所输出的应力、速度或位移数据信息，将散乱的数据点按其球心坐标置于空间直角坐标系中；
(8)采用三维Delaunay三角剖分方法将空间直角坐标系中的数据点划分成相邻但不相交的不均匀四面体；
(9)对每个四面体内部进行插值，得到四面体面上插值点的插值结果，实现三维空间上的数据连续。
2.如权利要求1所述的一种适用于离散元计算信息连续化展示的数据处理分析方法，其特征是：对于单个平面二维离散元计算信息连续化展示过程中，对每一个三角形内部进行局部插值，三角形三个顶点坐标是其上的数据值。
3.如权利要求1所述的一种适用于离散元计算信息连续化展示的数据处理分析方法，其特征是：对于单个平面二维离散元计算信息连续化展示过程中，对于在三角形边上的插值点来说，由插值函数分别求出相邻两个三角形对其的插值，再求两者的平均值，即为该三角形边上插值点的插值。
4.如权利要求1所述的一种适用于离散元计算信息连续化展示的数据处理分析方法，其特征是：对于准三维离散元数据或多平面数据的处理过程，先将每个平面进行编号，进行依次处理。
5.如权利要求1所述的一种适用于离散元计算信息连续化展示的数据处理分析方法，其特征是：对于空间三维离散元计算信息连续化展示过程中，不均匀四面体除了端点，四面体内部和棱边都不包含任何数据点。
6.如权利要求1所述的一种适用于离散元计算信息连续化展示的数据处理分析方法，其特征是：对于空间三维离散元计算信息连续化展示过程中，对每个四面体内部进行插值计算，四面体四个顶点坐标是其上的数据值。
7.如权利要求6所述的一种适用于离散元计算信息连续化展示的数据处理分析方法，其特征是：利用插值函数分别求出相邻两个四面体对其的插值，再求两者的平均值，即为该四面体面上插值点的插值。
8.一种适用于离散元计算信息连续化展示的数据处理分析系统，其特征是：包括：
数据类型确定模块，被配置为确定待处理的数据类型；
平面数据处理模块，被配置为选定第一平面，根据离散元计算所输出的应力、速度或位移数据信息，将数据点按其圆心坐标置于平面直角坐标系中；采用二维Delaunay三角剖分方法将平面直角坐标系中的数据点进行三角形划分，形成不均匀的三角形网格；对每一个三角形进行局部插值，实现数值连续化；
判断模块，被配置为判断是否还有未处理的平面离散元数据，如果不是，则结束，如果是，则更换平面，进行重复平面数据处理，直到处理完成；根据每个平面与空间对称面的距离，给每一个平面的应力、速度或位移数据添加一个权函数，将多个平面的数据通过加权的形式，整合到一个平面上，完成空间模拟；
空间数据处理模块，被配置为根据离散元计算所输出的应力、速度或位移数据信息，将散乱的数据点按其球心坐标置于空间直角坐标系中；采用三维Delaunay三角剖分方法将空间直角坐标系中的数据点划分成相邻但不相交的不均匀四面体；对每个四面体内部进行插值，得到四面体面上插值点的插值结果，实现三维空间上的数据连续。
9.一种计算机可读存储介质，其特征是：其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1-7中任一项所述的一种适用于离散元计算信息连续化展示的数据处理分析方法。
10.一种终端设备，其特征是：包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-7中任一项所述的一种适用于离散元计算信息连续化展示的数据处理分析方法。
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|---|---|---|---|---|
| CN112598797A (zh) * | 2020-12-08 | 2021-04-02 | 中广核工程有限公司 | 核电厂复杂多源异构数据同化的方法、系统、介质及设备 |
| CN114036773A (zh) * | 2021-11-25 | 2022-02-11 | 河海大学 | 一种块体离散元数值模型外轮廓几何快速检索方法 |
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