CN113111560A - 一种非均质矿物铸件细观结构模型生成方法及系统 - Google Patents

一种非均质矿物铸件细观结构模型生成方法及系统 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种非均质矿物铸件细观结构模型生成方法及系统，属于计算材料学技术领域；使某种尺度的骨料颗粒在某方向上的分布与其位置紧密相关，并据此原则首先生成一个材料单元，同时保证该材料单元两侧的骨料颗粒能够无缝衔接，然后根据矿物铸件的大小，采用阵列方式复制该材料单元，从而快速生成一个完整矿物铸件的细观结构模型，提高了完整矿物铸件的细观结构模型的构建效率和精度。

Description

一种非均质矿物铸件细观结构模型生成方法及系统
技术领域
本公开涉及计算材料学技术领域，特别涉及一种非均质矿物铸件细观结构模型生成方法及系统。
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，并不必然构成现有技术。
矿物铸件已经愈来愈广泛地应用于精密机床床身制造之中，以使机床具有更高的振动阻尼性和加工精度。矿物铸件通常以矿物碎石为骨料，以环氧树脂为粘结料，并且经过搅拌、浇铸、振动、固化、脱模、机加工等工序来实现制造过程。
矿物铸件的性能主要取决于材料细观结构，尤其是浇铸和振动后所形成的骨料颗粒分布。一般情况下，矿物铸件的骨料颗粒在空间中是均匀分布的。
然而，发明人发现，在大型矿物铸件的浇铸和振动过程中，经常难以避免地发生大颗粒骨料下沉的离析分层现象，并导致骨料颗粒分布不均，从而产生非均质的细观结构。有时，为了充分发挥材料性能，并提高生产效率，或者为了使材料充填到矿物铸件上金属镶嵌件的缝隙中，也会故意在一个大型零件中采用不同的骨料级配，从而故意形成材料非均质现象，而现有的建模方法大多针对均质矿物铸件，无法实现非均质矿物铸件的快速建模。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种非均质矿物铸件细观结构模型生成方法及系统，使某种尺度的骨料颗粒在某方向上的分布与其位置紧密相关，并据此原则首先生成一个材料单元，同时保证该材料单元两侧的骨料颗粒能够无缝衔接，然后根据矿物铸件的大小，采用阵列方式复制该材料单元，提高了完整矿物铸件的细观结构模型的构建效率和精度。
为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
本公开第一方面提供了一种非均质矿物铸件细观结构模型生成方法。
一种非均质矿物铸件细观结构模型生成方法，生成的模型为二维模型，包括以下过程：
获取矿物铸件的尺寸数据和骨料级配数据；
确定建模空间的高度和宽度；
根据骨料级配数据，将骨料颗粒按尺寸从大到小分成多段，根据瓦拉文公式，得到各个尺寸范围内颗粒面积和；
根据骨料级配，将建模空间在竖直方向上分段，并保证其段数与骨料颗粒的级配段数相同；
在建模空间内，产生一个随机点；
以此随机点为中心，生成骨料颗粒的基体圆，基体圆的尺寸与其在建模空间内的位置参数密切相关且同时符合预设的线性分布与正态分布的复合函数；
根据基体圆生成内接多边形，将多边形的顶点沿半径方向向内或向外偏移，生成不规则的多边形骨料颗粒；
判断生成的骨料颗粒是否与已存在的骨料颗粒发生干涉，若干涉，删除该骨料颗粒，否则，执行下一步；
若生成的骨料颗粒位于建模空间的内部，则直接保存该颗粒的面积；若骨料颗粒与模型左、右边界相交，则复制并平移该颗粒预设距离至对侧边界处，且只保留骨料颗粒在模型空间内的部分，并保存该颗粒在模型空间内的面积；
统计各尺寸范围内各颗粒模型的面积和，当各颗粒模型的面积和与瓦拉文公式计算得到的颗粒面积和的差值在预设范围时，得到建模空间中各个尺寸范围内的所有颗粒模型；
以所有骨料颗粒作为第一相，并划分有限元网格，以颗粒之间的间隙作为第二相，并划分有限元网格，得到材料单元；
根据矿物铸件的尺寸，将获得的材料单元多次复制，形成首尾相接的多个材料单元组成的阵列，得到最终的非均质矿物铸件的细观结构模型。
更进一步的，利用正态分布函数和线性分布函数构建复合函数，确定基体圆的半径：
根据第m级配段所需骨料颗粒的最大筛孔直径、最小筛孔直径以及建模空间高度，确定线性分布函数的系数；
构建正态分布函数和线性分布函数的复合函数，确定基体圆半径为线性分布函数的系数与随机点的纵坐标的乘积再与最大筛孔直径的加和。
更进一步的，以随机点为基体圆的圆心，圆心的获取，包括以下过程：
根据随机分布函数，确定随机点在水平方向上的坐标；
在垂直方向上，根据正态分布概率函数，生成服从正态分布的随机数rand＝N(μ，σ2)，其中，μ表示骨料颗粒集中分布的位置，σ表示在垂直方向上骨料颗粒向上或向下分布时的离散程度；
在垂直方向上，构造服从正态分布的函数h＝rand×H，确定随机点的在竖直方向的坐标，其中H为建模空间的高度。
更进一步的，线性分布函数的系数为某一级配段的最小筛孔直径与最大筛孔直径之间的差值再与建模空间高度的比值。
更进一步的，将颗粒之外的一个薄层视为界面过渡层并作为第三相，并划分有限元网格，根据第一相、第二相和第三相构建的有限元网格，得到材料单元。
本公开第二方面提供了一种非均质矿物铸件细观结构模型生成系统。
一种非均质矿物铸件细观结构模型生成系统，生成的模型为二维模型，包括：
数据获取模块，被配置为：获取矿物铸件的尺寸数据和骨料级配数据；
建模空间确定模块，被配置为：确定建模空间的高度和宽度；
骨料颗粒分段模块，被配置为：根据骨料级配数据，将骨料颗粒按尺寸从大到小分成多段，根据瓦拉文公式，得到各个尺寸范围内颗粒面积和；
建模空间分段模块，被配置为：根据骨料级配，将建模空间在竖直方向上分段，保证其段数与骨料颗粒的级配段数相同；
随机点生成模块，被配置为：在建模空间内，产生一个随机点；
基体圆生成模块，被配置为：以此随机点为中心，生成骨料颗粒的基体圆，基体圆的尺寸与其在建模空间内的位置参数密切相关且同时符合预设的线性分布与正态分布的复合函数；
多边形骨料颗粒生成模块，被配置为：根据基体圆生成内接多边形，将多边形的顶点沿半径方向向内或向外偏移，生成不规则的多边形骨料颗粒；
干涉判断模块，被配置为：判断生成的骨料颗粒是否与已存在的骨料颗粒发生干涉，若干涉，删除该骨料颗粒，否则，执行下一步；
骨料颗粒位置判断模块，被配置为：若生成的骨料颗粒位于建模空间的内部，则直接保存该颗粒的面积；若骨料颗粒与模型左、右边界相交，则复制并平移该颗粒预设距离至对侧边界处，且只保留骨料颗粒在模型空间内的部分，并保存该颗粒在模型空间内的面积；
颗粒模型获取模块，被配置为：统计各尺寸范围内各颗粒模型的面积和，当各颗粒模型的面积和与瓦拉文公式计算得到的颗粒面积和的差值在预设范围时，得到建模空间中各个尺寸范围内的所有颗粒模型；
材料单元获取模块，被配置为：以所有骨料颗粒作为第一相，并划分有限元网格，以颗粒之间的间隙作为第二相，并划分有限元网格，得到材料单元；
细观结构模块生成模块，被配置为：根据矿物铸件的尺寸，将获得的材料单元多次复制，形成首尾相接的多个材料单元组成的阵列，得到最终的非均质矿物铸件的细观结构模型。
本公开第三方面提供了一种非均质矿物铸件细观结构模型生成方法。
一种非均质矿物铸件细观结构模型生成方法，生成的模型为三维模型，包括以下过程：
获取矿物铸件的尺寸数据和骨料级配数据；
确定建模空间的高度、宽度和长度；
根据骨料级配数据，将骨料颗粒按尺寸从大到小分成多段，并求得各个尺寸范围内颗粒体积和；
根据骨料级配，将建模空间在竖直方向上分段，并保证其段数与骨料颗粒的级配段数相同；
在建模空间内，产生一个随机点；
以此随机点为中心，生成骨料颗粒的基体球，基体球的尺寸与其在建模空间内的位置参数密切相关且同时符合预设的线性分布与正态分布的复合函数；
根据基体球生成内接多面体，将多面体的顶点沿半径方向向内或向外偏移，生成不规则的多面体骨料颗粒；
判断生成的骨料颗粒是否与已存在的骨料颗粒发生干涉，若干涉，删除该骨料颗粒，否则，执行下一步；
若生成的骨料颗粒位于建模空间的内部，则直接保存该颗粒的体积；若骨料颗粒与模型侧面边界相交，则复制并平移该颗粒预设距离至对侧边界处，且只保留骨料颗粒在模型空间内的部分，并保存该颗粒在模型空间内的体积；
统计各尺寸范围内各颗粒模型的体积和，当各颗粒模型的体积和与通过级配数据求得的颗粒体积和的差值在预设范围时，得到建模空间中各个尺寸范围内的所有颗粒模型；
以所有骨料颗粒作为第一相，并划分有限元网格，以颗粒之间的间隙作为第二相，并划分有限元网格，得到材料单元；
根据矿物铸件的尺寸，将获得的材料单元多次复制，形成首尾相接的多个材料单元组成的阵列，得到最终的非均质矿物铸件的细观结构模型。
本公开第四方面提供了一种非均质矿物铸件细观结构模型生成系统。
一种非均质矿物铸件细观结构模型生成系统，生成的模型为三维模型，包括：
数据获取模块，被配置为：获取矿物铸件的尺寸数据和骨料级配数据；
建模空间确定模块，被配置为：确定建模空间的高度、宽度和长度；
骨料颗粒分段模块，被配置为：根据骨料级配数据，将骨料颗粒按尺寸从大到小分成多段，并求得各个尺寸范围内颗粒体积和；
建模空间分段模块，被配置为：根据骨料级配，将建模空间在竖直方向上分段，并保证其段数与骨料颗粒的级配段数相同；
随机点生成模块，被配置为：在建模空间内，产生一个随机点；
基体球生成模块，被配置为：以此随机点为中心，生成骨料颗粒的基体球，基体球的尺寸与其在建模空间内的位置参数密切相关且同时符合预设的线性分布与正态分布的复合函数；
多面体骨料颗粒生成模块，根据基体球生成内接多面体，将多面体的顶点沿半径方向向内或向外偏移，生成不规则的多面体骨料颗粒；
干涉判断模块，被配置为：判断生成的骨料颗粒是否与已存在的骨料颗粒发生干涉，若干涉，删除该骨料颗粒，否则，执行下一步；
骨料颗粒位置判断模块，被配置为：若生成的骨料颗粒位于建模空间的内部，则直接保存该颗粒的体积；若骨料颗粒与模型侧面边界相交，则复制并平移该颗粒预设距离至对侧边界处，且只保留骨料颗粒在模型空间内的部分，并保存该颗粒在模型空间内的体积；
颗粒模型获取模块，被配置为：统计各尺寸范围内各颗粒模型的体积和，当各颗粒模型的体积和与通过级配数据求得的颗粒体积和的差值在预设范围时，得到建模空间中各个尺寸范围内的所有颗粒模型；
材料单元获取模块，被配置为：以所有骨料颗粒作为第一相，并划分有限元网格，以颗粒之间的间隙作为第二相，并划分有限元网格，得到材料单元；
细观结构模块生成模块，被配置为：根据矿物铸件的尺寸，将获得的材料单元多次复制，形成首尾相接的多个材料单元组成的阵列，得到最终的非均质矿物铸件的细观结构模型。
本公开第五方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开第一方面或第三方面所述的非均质矿物铸件细观结构模型生成方法中的步骤。
本公开第六方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开第一方面或第三方面所述的非均质矿物铸件细观结构模型生成方法中的步骤。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
1、本公开所述的方法、系统、介质或电子设备，根据骨料颗粒的级配，并按照正态分布函数建立骨料颗粒分布模型，保证了大骨料颗粒多数分布在模型底部区域，小骨料颗粒主要分布在模型顶部区域，符合工程实际中大型矿物铸件因振动时的离析分层所形成的颗粒分布规律。
2、本公开所述的方法、系统、介质或电子设备，根据骨料颗粒所在的级配段以及分布规律的不同，对正态分布函数分别设置不同的数学期望和方差，保证模型底部仍然分布着小尺寸骨料颗粒，与工程实际相符合。
3、本公开所述的方法、系统、介质或电子设备，构建正态分布函数和线性分布函数的复合函数，可保证在同一级配段，骨料颗粒尺寸从模型底部到顶端递减，避免了各级配段之间颗粒大小过渡不光滑的问题，非常符合实际矿物铸件的细观结构。
4、本公开所述的方法、系统、介质或电子设备，将与模型边界相交的骨料颗粒复制并平移到对侧边界的方法，保证了将材料单元复制成阵列时相邻材料单元的无缝衔接问题。
5、本公开所述的方法、系统、介质或电子设备，将划分有限元网格后的材料单元多次复制成阵列来生成一个完整的矿物铸件细观结构模型的方法，对于大型矿物铸件具有很高的建模效率。
本公开附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。
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为本公开实施例1提供的非均质矿物铸件细观结构模型生成方法的流程示意图。
图2为本公开实施例1提供的骨料颗粒仅符合正态分布函数的模型示意图。
图3为本公开实施例1提供的骨料颗粒仅符合线性分布函数的模型示意图。
图4为本公开实施例1提供的骨料颗粒符合由正态分布和线性分布构造的复合函数的模型示意图。
图5为本公开实施例1提供的将骨料颗粒及其间隙划分有限元网格形成的两相材料单元示意图。
图6为本公开实施例1提供的将材料单元复制为无缝衔接的阵列所生成的一个完整矿物铸件模型。
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，以下详细说明都是示例性的，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。
在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：
正如背景技术中介绍的，现有的均质化建模与骨料颗粒在实际矿物铸件中的分布有一定的出入，工程实际中很多矿物铸件的细观结构并非是完全均匀的，本实施例提供了一种性能更优异、更逼近于工程实际的故意或非故意非均质矿物铸件的建模方法，如图1-6所示，包括以下步骤：
步骤(1)：确定建模空间，比如建模空间为宽度L、高度H的矩形；
步骤(2)：按照预定的骨料级配，将骨料颗粒按尺寸从大到小分成t段，并根据瓦拉文公式，计算各尺寸范围内颗粒面积和，即确定i～j尺寸范围内骨料颗粒的面积和S(i-j)；
步骤(3)：根据骨料级配，将建模空间在H方向上划分成t段；
步骤(4)：在所述建模空间内，产生一个点Q(l，h)：其中，根据随机分布函数，确定该点在L方向上的坐标l；根据正态分布函数，确定该点在H方向上的坐标h；
步骤(5)：以点Q为中心，生成骨料颗粒的基体圆：其中，利用正态分布函数和线性分布函数构建复合函数，确定该基体圆的半径r；
步骤(6)：根据基体圆生成内接多边形，将多边形的顶点沿半径方向向内或向外偏移，生成不规则的多边形骨料颗粒，使之接近真实骨料颗粒形状；
步骤(7)：判断生成的骨料颗粒是否与已存在的骨料颗粒发生干涉，若干涉，删除该骨料颗粒，并重复步骤(4)～(6)；
步骤(8)：若生成的骨料颗粒位于建模空间的内部，则直接记录该颗粒的面积；若骨料颗粒与模型左、右边界相交，则复制并平移该颗粒L距离至对侧边界处，且只保留骨料颗粒在模型空间内的部分，并记录该颗粒在模型空间内的面积；
步骤(9)：重复步骤(4)～(8)，获得i～j尺寸范围内的若干个颗粒模型，统计各颗粒的面积和ΣS，当ΣS逼近于S(i-j)时，即获得该建模空间中i～j尺寸范围内的所有颗粒模型；
步骤(10)：将所有骨料颗粒作为一相，并划分有限元网格；将颗粒之间的间隙作为第二相，并划分有限元网格；必要时，也可将颗粒之外的一个薄层视为界面过渡层并作为第三相划分有限元网格。至此，即生成一个尺寸为L×H的材料单元的细观结构模型；
步骤(11)：根据矿物铸件的尺寸，将步骤(10)获得的材料单元多次复制，形成首尾相接且步距为L的多个材料单元组成的阵列，至此，生成一个完整的非均质矿物铸件的细观结构模型。
优选的，步骤(3)中，建模空间在H方向上的分段与骨料级配段数目相同，且利用m同时表示第m个级配段和H方向上的第m段建模空间，其中，1≤m≤t。
优选的，步骤(4)中，圆心点Q(l，h)的获得方法，包括如下步骤：
a：根据随机分布函数，确定Q点在L方向上的坐标l；
b：在H方向上，根据正态分布概率函数，生成服从正态分布的随机数rand＝N(μ，σ2)；其中，
Figure BDA0003040050090000121
表示骨料颗粒集中分布的位置；
Figure BDA0003040050090000122
(或
Figure BDA0003040050090000123
)，表示在H方向上骨料颗粒向上(或向下)分布时的离散程度；即
Figure BDA0003040050090000124
或
Figure BDA0003040050090000125
根据正态分布概率函数可知，99.7％的圆心坐标在H方向上分布在(μ-3σ,μ+3σ)范围之内；
c：在H方向上，构造服从正态分布的函数h＝rand×H，确定Q点的坐标h；保证了第m段级配内骨料颗粒的基体圆圆心分布在H方向上的1～m段建模空间内部。
优选的，步骤(5)中，骨料颗粒的基体圆获得方法，包括如下步骤：
a：确定线性分布函数系数k，根据第m级配段所需骨料颗粒的最大筛孔直径Rm(max)、最小筛孔直径Rm(min)，以及建模空间高度H，确定线性分布函数的系数
Figure BDA0003040050090000126
其中，k≤0；
b：构建正态分布函数和线性分布函数的复合函数，确定基体圆半径r＝k×h+Rm(max)，以保证在第m段级配内，基体圆半径r随着h的增大而减小，即骨料颗粒的尺寸随着h的增大而减小；
c：生成圆心在Q(l,h)、半径为r的基体圆，即可保证该基体圆分布在第m段建模空间内部，且在该空间内基体圆尺寸随着h的增大而减小。
为了使本技术领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实例和附图详细说明本发明的技术方案。
如图6所示的非均质矿物铸件细观结构的建模方法，包括以下步骤：
这里需要说明的是，在实际矿物铸件的制造过程中，首先将矿物骨料颗粒进行分级筛选，并分成大骨料、中骨料和细骨料。为了某种特定性能的要求，首先将大骨料与胶结料进行搅拌，并投放和振动，再将中骨料进行搅拌，并投放和振动，以此类推。从而得到从下至上矿物颗粒逐渐减小的非均质矿物铸件。因此所建立的非均质结构的材料单元必须包含每一个尺寸范围的骨料颗粒模型。
(1)：确定建模空间，比如建模空间为宽度L、高度H的矩形；
(2)：按照预定的骨料级配，将骨料颗粒按尺寸从大到小分成4段，并根据瓦拉文公式，计算各尺寸范围内颗粒面积和，即确定i～j尺寸范围内骨料颗粒的面积和S(i-j)；
(3)：根据骨料级配，将建模空间在H方向上划分成4段；
(4)：在所述建模空间内，产生一个点Q(l,h)：其中，根据随机分布函数，确定该点在L方向上的坐标l；根据正态分布函数，确定该点在H方向上的坐标h；
(5)：以点Q为中心，生成骨料颗粒的基体圆：其中，利用正态分布函数和线性分布函数构建复合函数，确定该基体圆的半径r，并生成半径为r的基体圆；
(6)：根据基体圆生成内接多边形，将多边形的顶点沿半径方向向内或向外偏移，生成不规则的多边形骨料颗粒，使之接近真实骨料颗粒形状；
(7)：判断生成的骨料颗粒是否与已存在的骨料颗粒发生干涉，若干涉，删除该骨料，并重复步骤(4)～(6)；
(8)：若生成的骨料颗粒位于建模空间的内部，则直接记录该颗粒的面积；若骨料颗粒与模型左、右边界相交，则复制并平移该颗粒L距离至对侧边界处，即可得周期性边界，且只保留骨料颗粒在模型空间内的部分，并记录该颗粒在模型空间内的面积；
(9)：重复步骤(4)～(8)，获得i～j尺寸范围内的若干个颗粒模型，统计各颗粒的面积和ΣS，当ΣS逼近于S(i-j)时，即获得该建模空间中i～j尺寸范围内的所有颗粒模型，如图3所示；
(10)：如图5所示，将所有骨料颗粒模型作为一相，并划分有限元网格；将颗粒之间的间隙作为第二相，并划分有限元网格。至此，即生成一个尺寸为L×H的材料单元的细观结构模型；
(11)：如图6所示，根据矿物铸件的尺寸，将步骤(10)获得的材料单元多次复制，形成首尾无缝相接且步距为L的多个材料单元组成的阵列，至此，即生成一个完整的非均质矿物铸件的细观结构模型。
优选的，步骤(3)中，建模空间在H方向上的分段与骨料级配段数目相同，且利用m同时表示第m个级配段和H方向上的第m段建模空间，其中，1≤m≤4。
优选的，步骤(4)中，圆心点Q(l,h)的获得方法，包括如下步骤：
a：在L方向上，根据随机分布函数确定Q点的坐标l；
b：在H方向上，根据正态分布概率函数，生成服从正态分布的随机数rand＝N(μ，σ2)；其中，
Figure BDA0003040050090000141
表示骨料颗粒集中分布的位置；
Figure BDA0003040050090000142
(或
Figure BDA0003040050090000143
)，表示在H方向上骨料颗粒向上(或向下)分布时的离散程度；即
Figure BDA0003040050090000144
或
Figure BDA0003040050090000145
根据正态分布概率函数可知，99.7％的圆心坐标在H方向上分布在(μ-3σ,μ+3σ)范围之内；
c：在H方向上，构造服从正态分布的函数h＝rand×H，确定Q点的坐标h；保证了第m段级配内骨料颗粒的基体圆圆心分布在H方向上的1～m段建模空间内部。
优选的，步骤(5)中，骨料颗粒的基体圆获得方法，包括如下步骤：
a：确定线性分布函数系数k:根据第m级配段所需骨料颗粒的最大筛孔直径Rm(max)、最小筛孔直径Rm(min)，以及建模空间高度H，确定线性分布函数的系数
Figure BDA0003040050090000151
其中，k≤0；
b：构建正态分布函数和线性分布函数的复合函数，确定基体圆半径r＝k×h+Rm(max)，以保证在第m段级配内，基体圆半径r随着h的增大而减小，即骨料颗粒的尺寸随着h的增大而减小；
c：生成圆心在Q(l,h)、半径为r的基体圆，即可保证该基体圆的分布在第m段建模空间内部，且在该空间内基体圆尺寸随着h的增大而减小。
如上非均质矿物铸件细观结构的建模方法，也可相应地推广到非均质的短纤维增强复合材料、多泡材料等之中。
实施例2：
本公开实施例2提供了一种非均质矿物铸件细观结构模型生成系统，生成的模型为二维模型，包括：
数据获取模块，被配置为：获取矿物铸件的尺寸数据和骨料级配数据；
建模空间确定模块，被配置为：确定建模空间的高度和宽度；
骨料颗粒分段模块，被配置为：根据骨料级配数据，将骨料颗粒按尺寸从大到小分成多段，根据瓦拉文公式，得到各个尺寸范围内颗粒面积和；
建模空间分段模块，被配置为：根据骨料级配，将建模空间在竖直方向上分段，保证其段数与骨料颗粒的级配段数相同；
随机点生成模块，被配置为：在建模空间内，产生一个随机点；
基体圆生成模块，被配置为：以此随机点为中心，生成骨料颗粒的基体圆，基体圆的尺寸与其在建模空间内的位置参数密切相关且同时符合预设的线性分布与正态分布的复合函数；
多边形骨料颗粒生成模块，被配置为：根据基体圆生成内接多边形，将多边形的顶点沿半径方向向内或向外偏移，生成不规则的多边形骨料颗粒；
干涉判断模块，被配置为：判断生成的骨料颗粒是否与已存在的骨料颗粒发生干涉，若干涉，删除该骨料颗粒，否则，执行下一步；
骨料颗粒位置判断模块，被配置为：若生成的骨料颗粒位于建模空间的内部，则直接保存该颗粒的面积；若骨料颗粒与模型左、右边界相交，则复制并平移该颗粒预设距离至对侧边界处，且只保留骨料颗粒在模型空间内的部分，并保存该颗粒在模型空间内的面积；
颗粒模型获取模块，被配置为：统计各尺寸范围内各颗粒模型的面积和，当各颗粒模型的面积和与瓦拉文公式计算得到的颗粒面积和的差值在预设范围时，得到建模空间中各个尺寸范围内的所有颗粒模型；
材料单元获取模块，被配置为：以所有骨料颗粒作为第一相，并划分有限元网格，以颗粒之间的间隙作为第二相，并划分有限元网格，得到材料单元；
细观结构模块生成模块，被配置为：根据矿物铸件的尺寸，将获得的材料单元多次复制，形成首尾相接的多个材料单元组成的阵列，得到最终的非均质矿物铸件的细观结构模型。
所述系统的工作方法与实施例1提供的非均质矿物铸件细观结构模型生成方法相同，这里不再赘述。
实施例3：
本公开实施例3提供了一种非均质矿物铸件细观结构模型生成方法，生成的模型为三维模型，包括以下过程：
获取矿物铸件的尺寸数据和骨料级配数据；
确定建模空间的高度、宽度和长度；
根据骨料级配数据，将骨料颗粒按尺寸从大到小分成多段，并求得各个尺寸范围内颗粒体积和；
根据骨料级配，将建模空间在竖直方向上分段，并保证其段数与骨料颗粒的级配段数相同；
在建模空间内，产生一个随机点；
以此随机点为中心，生成骨料颗粒的基体球，基体球的尺寸与其在建模空间内的位置参数密切相关且同时符合预设的线性分布与正态分布的复合函数；
根据基体球生成内接多面体，将多面体的顶点沿半径方向向内或向外偏移，生成不规则的多面体骨料颗粒；
判断生成的骨料颗粒是否与已存在的骨料颗粒发生干涉，若干涉，删除该骨料颗粒，否则，执行下一步；
若生成的骨料颗粒位于建模空间的内部，则直接保存该颗粒的体积；若骨料颗粒与模型侧面边界相交，则复制并平移该颗粒预设距离至对侧边界处，且只保留骨料颗粒在模型空间内的部分，并保存该颗粒在模型空间内的体积；
统计各尺寸范围内各颗粒模型的体积和，当各颗粒模型的体积和与通过级配数据求得的颗粒体积和的差值在预设范围时，得到建模空间中各个尺寸范围内的所有颗粒模型；
以所有骨料颗粒作为第一相，并划分有限元网格，以颗粒之间的间隙作为第二相，并划分有限元网格，得到材料单元；
根据矿物铸件的尺寸，将获得的材料单元多次复制，形成首尾相接的多个材料单元组成的阵列，得到最终的非均质矿物铸件的细观结构模型。
实施例4：
本公开实施例4提供了一种非均质矿物铸件细观结构模型生成系统，生成的模型为三维模型，包括：
数据获取模块，被配置为：获取矿物铸件的尺寸数据和骨料级配数据；
建模空间确定模块，被配置为：确定建模空间的高度、宽度和长度；
骨料颗粒分段模块，被配置为：根据骨料级配数据，将骨料颗粒按尺寸从大到小分成多段，并求得各个尺寸范围内颗粒体积和；
建模空间分段模块，被配置为：根据骨料级配，将建模空间在竖直方向上分段，并保证其段数与骨料颗粒的级配段数相同；
随机点生成模块，被配置为：在建模空间内，产生一个随机点；
基体球生成模块，被配置为：以此随机点为中心，生成骨料颗粒的基体球，基体球的尺寸与其在建模空间内的位置参数密切相关且同时符合预设的线性分布与正态分布的复合函数；
多面体骨料颗粒生成模块，根据基体球生成内接多面体，将多面体的顶点沿半径方向向内或向外偏移，生成不规则的多面体骨料颗粒；
干涉判断模块，被配置为：判断生成的骨料颗粒是否与已存在的骨料颗粒发生干涉，若干涉，删除该骨料颗粒，否则，执行下一步；
骨料颗粒位置判断模块，被配置为：若生成的骨料颗粒位于建模空间的内部，则直接保存该颗粒的体积；若骨料颗粒与模型侧面边界相交，则复制并平移该颗粒预设距离至对侧边界处，且只保留骨料颗粒在模型空间内的部分，并保存该颗粒在模型空间内的体积；
颗粒模型获取模块，被配置为：统计各尺寸范围内各颗粒模型的体积和，当各颗粒模型的体积和与通过级配数据求得的颗粒体积和的差值在预设范围时，得到建模空间中各个尺寸范围内的所有颗粒模型；
材料单元获取模块，被配置为：以所有骨料颗粒作为第一相，并划分有限元网格，以颗粒之间的间隙作为第二相，并划分有限元网格，得到材料单元；
细观结构模块生成模块，被配置为：根据矿物铸件的尺寸，将获得的材料单元多次复制，形成首尾相接的多个材料单元组成的阵列，得到最终的非均质矿物铸件的细观结构模型。
实施例5：
本公开实施例5提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开实施例1或实施例3所述的非均质矿物铸件细观结构模型生成方法中的步骤。
实施例6：
本公开实施例6提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开实施例1或实施例3所述的非均质矿物铸件细观结构模型生成方法中的步骤。
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。

Claims (10)

1.一种非均质矿物铸件细观结构模型生成方法，其特征在于：生成的模型为二维模型，包括以下过程：
获取矿物铸件的尺寸数据和骨料级配数据；
确定建模空间的高度和宽度；
根据骨料级配数据，将骨料颗粒按尺寸从大到小分成多段，根据瓦拉文公式，得到各个尺寸范围内颗粒面积和；
根据骨料级配，将建模空间在竖直方向上分段，保证其段数与骨料颗粒的级配段数相同；
在建模空间内，产生一个随机点；
以此随机点为中心，生成骨料颗粒的基体圆，基体圆的尺寸与其在建模空间内的位置参数密切相关且同时符合预设的线性分布与正态分布的复合函数；
根据基体圆生成内接多边形，将多边形的顶点沿半径方向向内或向外偏移，生成不规则的多边形骨料颗粒；
判断生成的骨料颗粒是否与已存在的骨料颗粒发生干涉，若干涉，删除该骨料颗粒，否则，执行下一步；
若生成的骨料颗粒位于建模空间的内部，则直接保存该颗粒的面积；若骨料颗粒与模型左、右边界相交，则复制并平移该颗粒预设距离至对侧边界处，且只保留骨料颗粒在模型空间内的部分，并保存该颗粒在模型空间内的面积；
统计各尺寸范围内各颗粒模型的面积和，当各颗粒模型的面积和与瓦拉文公式计算得到的颗粒面积和的差值在预设范围时，得到建模空间中各个尺寸范围内的所有颗粒模型；
以所有骨料颗粒作为第一相，并划分有限元网格，以颗粒之间的间隙作为第二相，并划分有限元网格，得到材料单元；
根据矿物铸件的尺寸，将获得的材料单元多次复制，形成首尾相接的多个材料单元组成的阵列，得到最终的非均质矿物铸件的细观结构模型。
2.如权利要求1所述的非均质矿物铸件细观结构模型生成方法，其特征在于：
利用正态分布函数和线性分布函数构建复合函数，确定基体圆的半径：
根据第m级配段所需骨料颗粒的最大筛孔直径、最小筛孔直径以及建模空间高度，确定线性分布函数的系数；
构建正态分布函数和线性分布函数的复合函数，确定基体圆半径为线性分布函数的系数与随机点的纵坐标的乘积再与最大筛孔直径的加和。
3.如权利要求2所述的非均质矿物铸件细观结构模型生成方法，其特征在于：
以随机点为基体圆的圆心，圆心的获取，包括以下过程：
根据随机分布函数，确定随机点在水平方向上的坐标；
在垂直方向上，根据正态分布概率函数，生成服从正态分布的随机数rand＝N(μ，σ2)；其中，μ表示骨料颗粒集中分布的位置；σ表示在垂直方向上骨料颗粒向上或向下分布时的离散程度；
在垂直方向上，构造服从正态分布的函数h＝rand×H，确定随机点的在竖直方向的坐标，其中H为建模空间的高度。
4.如权利要求2所述的非均质矿物铸件细观结构模型生成方法，其特征在于：
线性分布函数的系数为某一级配段的最小筛孔直径与最大筛孔直径之间的差值再与建模空间高度的比值。
5.如权利要求2所述的非均质矿物铸件细观结构模型生成方法，其特征在于：
将颗粒之外的一个薄层视为界面过渡层并作为第三相，并划分有限元网格，根据第一相、第二相和第三相构建的有限元网格，得到材料单元。
6.一种非均质矿物铸件细观结构模型生成系统，其特征在于：生成的模型为二维模型，包括：
数据获取模块，被配置为：获取矿物铸件的尺寸数据和骨料级配数据；
建模空间确定模块，被配置为：确定建模空间的高度和宽度；
骨料颗粒分段模块，被配置为：根据骨料级配数据，将骨料颗粒按尺寸从大到小分成多段，根据瓦拉文公式，得到各个尺寸范围内颗粒面积和；
建模空间分段模块，被配置为：根据骨料级配，将建模空间在竖直方向上分段，保证其段数与骨料颗粒的级配段数相同；
随机点生成模块，被配置为：在建模空间内，产生一个随机点；
基体圆生成模块，被配置为：以此随机点为中心，生成骨料颗粒的基体圆，基体圆的尺寸与其在建模空间内的位置参数密切相关且同时符合预设的线性分布与正态分布的复合函数；
多边形骨料颗粒生成模块，被配置为：根据基体圆生成内接多边形，将多边形的顶点沿半径方向向内或向外偏移，生成不规则的多边形骨料颗粒；
干涉判断模块，被配置为：判断生成的骨料颗粒是否与已存在的骨料颗粒发生干涉，若干涉，删除该骨料颗粒，否则，执行下一步；
骨料颗粒位置判断模块，被配置为：若生成的骨料颗粒位于建模空间的内部，则直接保存该颗粒的面积；若骨料颗粒与模型左、右边界相交，则复制并平移该颗粒预设距离至对侧边界处，且只保留骨料颗粒在模型空间内的部分，并保存该颗粒在模型空间内的面积；
颗粒模型获取模块，被配置为：统计各尺寸范围内各颗粒模型的面积和，当各颗粒模型的面积和与瓦拉文公式计算得到的颗粒面积和的差值在预设范围时，得到建模空间中各个尺寸范围内的所有颗粒模型；
材料单元获取模块，被配置为：以所有骨料颗粒作为第一相，并划分有限元网格，以颗粒之间的间隙作为第二相，并划分有限元网格，得到材料单元；
细观结构模块生成模块，被配置为：根据矿物铸件的尺寸，将获得的材料单元多次复制，形成首尾相接的多个材料单元组成的阵列，得到最终的非均质矿物铸件的细观结构模型。
7.一种非均质矿物铸件细观结构模型生成方法，其特征在于：
生成的模型为三维模型，包括以下过程：
获取矿物铸件的尺寸数据和骨料级配数据；
确定建模空间的高度、宽度和长度；
根据骨料级配数据，将骨料颗粒按尺寸从大到小分成多段，并求得各个尺寸范围内颗粒体积和；
根据骨料级配，将建模空间在竖直方向上分段，并保证其段数与骨料颗粒的级配段数相同；
在建模空间内，产生一个随机点；
以此随机点为中心，生成骨料颗粒的基体球，基体球的尺寸与其在建模空间内的位置参数密切相关且同时符合预设的线性分布与正态分布的复合函数；
根据基体球生成内接多面体，将多面体的顶点沿半径方向向内或向外偏移，生成不规则的多面体骨料颗粒；
判断生成的骨料颗粒是否与已存在的骨料颗粒发生干涉，若干涉，删除该骨料颗粒，否则，执行下一步；
若生成的骨料颗粒位于建模空间的内部，则直接保存该颗粒的体积；若骨料颗粒与模型侧面边界相交，则复制并平移该颗粒预设距离至对侧边界处，且只保留骨料颗粒在模型空间内的部分，并保存该颗粒在模型空间内的体积；
统计各尺寸范围内各颗粒模型的体积和，当各颗粒模型的体积和与通过级配数据求得的颗粒体积和的差值在预设范围时，得到建模空间中各个尺寸范围内的所有颗粒模型；
以所有骨料颗粒作为第一相，并划分有限元网格，以颗粒之间的间隙作为第二相，并划分有限元网格，得到材料单元；
根据矿物铸件的尺寸，将获得的材料单元多次复制，形成首尾相接的多个材料单元组成的阵列，得到最终的非均质矿物铸件的细观结构模型。
8.一种非均质矿物铸件细观结构模型生成系统，其特征在于：
生成的模型为三维模型，包括：
数据获取模块，被配置为：获取矿物铸件的尺寸数据和骨料级配数据；
建模空间确定模块，被配置为：确定建模空间的高度、宽度和长度；
骨料颗粒分段模块，被配置为：根据骨料级配数据，将骨料颗粒按尺寸从大到小分成多段，并求得各个尺寸范围内颗粒体积和；
建模空间分段模块，被配置为：根据骨料级配，将建模空间在竖直方向上分段，并保证其段数与骨料颗粒的级配段数相同；
随机点生成模块，被配置为：在建模空间内，产生一个随机点；
基体球生成模块，被配置为：以此随机点为中心，生成骨料颗粒的基体球，基体球的尺寸与其在建模空间内的位置参数密切相关且同时符合预设的线性分布与正态分布的复合函数；
多面体骨料颗粒生成模块，根据基体球生成内接多面体，将多面体的顶点沿半径方向向内或向外偏移，生成不规则的多面体骨料颗粒；
干涉判断模块，被配置为：判断生成的骨料颗粒是否与已存在的骨料颗粒发生干涉，若干涉，删除该骨料颗粒，否则，执行下一步；
骨料颗粒位置判断模块，被配置为：若生成的骨料颗粒位于建模空间的内部，则直接保存该颗粒的体积；若骨料颗粒与模型侧面边界相交，则复制并平移该颗粒预设距离至对侧边界处，且只保留骨料颗粒在模型空间内的部分，并保存该颗粒在模型空间内的体积；
颗粒模型获取模块，被配置为：统计各尺寸范围内各颗粒模型的体积和，当各颗粒模型的体积和与通过级配数据求得的颗粒体积和的差值在预设范围时，得到建模空间中各个尺寸范围内的所有颗粒模型；
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细观结构模块生成模块，被配置为：根据矿物铸件的尺寸，将获得的材料单元多次复制，形成首尾相接的多个材料单元组成的阵列，得到最终的非均质矿物铸件的细观结构模型。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-5或7任一项所述的非均质矿物铸件细观结构模型生成方法中的步骤。
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