(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111413343.7 (22)申请日 2021.11.25 (71)申请人 河海大学 地址 211100 江苏省南京市江宁开发区佛 城西路8号 (72)发明人 石崇　张一平　王秀菊　张文浩　 马金城　朱珍德　陈晓　张玉龙　 (74)专利代理 机构 南京纵横知识产权代理有限 公司 32224 代理人 董建林 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 17/10(2006.01) G06F 16/2455(2019.01)G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种块体离散元数值模型外轮廓几何快速 检索方法 (57)摘要 本发明公开了一种块体离散元数值模型外 轮廓几何快速检索方法， 包括： 获取待检索模型 中块体的基本信息； 将每个块体拆分为4倍单元 数目的面元， 利用预设的块体内网格检索方法得 到所有块体的外表面面元， 并基于块体材料编号 为得到的块体外表面面元作标志； 检索所有块体 的外表面面元上的节点坐标， 得到待检索模型整 体的边界坐标， 设置边界容差得到待检索模型的 边界面元并分类； 利用块间面元法向量与交点相 对位置检索出块间面元； 根据标志和分类结果， 输出显示外表面面元、 边界面元， 舍弃块间面元， 得到检索结果。 本发明能够仅保留待检索模型的 外轮廓几何， 便于进行离散元边界条件的施加， 提高离散元数值科研效率。 权利要求书3页 说明书10页 附图5页 CN 114036773 A 2022.02.11 CN 114036773 A 1.一种块体离 散元数值模型外轮廓几何快速检索方法， 其特 征在于， 包括： 获取待检索模型中块体的基本信息， 所述基本信息包括： 块体数目、 块体材料编号、 每 个块体的节点数目、 每 个块体的单 元数目、 每个块体内节点 坐标及单 元组成； 根据块体的单元组成将每个块体拆分为4倍单元数目的面元， 利用预设的块体内网格 检索方法得到所有块体的外表面面元， 并基于块体材料编号为得到的块体外表面面元作标 志； 检索所有块体的外表面面元上的节点坐标， 得到待检索模型整体的边界坐标， 设置边 界容差得到待检索模型的边界面元并分类； 针对剩余的外表面面元， 利用块间面元法向量与交点相对位置检索出块间面元， 并基 于块体材 料编号为得到的块间面元作标志； 根据标志和分类结果， 输出显示外表面 面元、 边界面元， 舍弃块间面元， 得到检索结果。 2.根据权利要求1所述的块体离散元数值模型外轮廓几何快速检索方法， 其特征在于， 所述获取待检索模型中块体的基本信息， 包括： 从已有离散元数值模型中提取待检索模型的块体数目NB、 每个块体的材料编号， 用整 数表示并区分， 则第i个块体的材 料编号为mi； 提取NB个块体中每个块体的节点数目、 单元数目、 节点坐标(x,y,z)和单元组成(n1, n2,n3,n4)， 则节点数目为 npi， 单元数目为nei； 初始化待检索模型 单元数目NE的初值 为0、 待检索模型节点数目NP的初值 为0； 对待检索模型中第i个块体中所有npi个节点循环， 每个节点依次编号加1， 将第i个块 体单元组成的节点号替换为整体节点编号， 直到对待检索模型中所有块体均完成节点循 环； 循环完成后， 待检索模型节点数目增加npi， 单元数目增加nei， 得到待检索模型的节点 坐标向量与四面体单 元组成矩阵。 3.根据权利要求2所述的块体离散元数值模型外轮廓几何快速检索方法， 其特征在于， 所述根据块体的单 元组成将每 个块体拆分为4倍单元数目的面元， 包括： 遍历NB个块体， 对第i个块体， 每 个单元均为四面体， 有nei个四面体单 元； 每个四面体单元拆分为4个三角形面元， 对第ii个单元， 设其顶点编号为n1,n2,n3,n4， 则该四面体单元拆分为(n1,n2,n3)、 (n1,n4,n2)、 (n1,n3,n4)、 (n2,n4,n3)四个三角形面 元， 则nei个四面体单 元拆分为 4*nei个三角形面元。 4.根据权利要求3所述的块体离散元数值模型外轮廓几何快速检索方法， 其特征在于， 所述利用预设的块体内网格 检索方法得到所有块体的外表面 面元， 包括： 将围绕在所有块体外侧的面元定义为块体外表面面元， 即为整个待检测模型的外表面 面元； 对第i个块体， 任取4*nei个三角形面元中的第k个三角形面元， 在4*nei ‑1个非本身三 角形面元中遍历； 如果存在一个三角形面元， 其三个顶点编号与第k个三角形面元的顶点编号完全相同 或编号组成相同编号顺序不同， 则这两个三角形面元构成一个块内三角形面元对， 将两个 三角形面元都剔除； 在4*nei个三角形面元中去除所有三角形面元对后， 剩余面元即为第i个块体的外表面权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114036773 A 2面元； 遍历NB个块体， 得到所有块体的外表面 面元， 则为 块体外表面 面元。 5.根据权利要求2所述的块体离散元数值模型外轮廓几何快速检索方法， 其特征在于， 所述检索所有块体的外表面 面元上的节点 坐标， 得到待检索模型的边界坐标， 包括： 利用节点坐标(x,y,z)从待检索模型的节点坐标向量中搜索出整个待检索模型的范 围， 包括待检索模型在x轴方向坐标最小值xmin， x轴方向坐标最大值xmax， y轴方向坐标最 小值ymin， y轴方向坐标最大值ymax， z轴方向坐标最小值zmi n， z轴方向坐标最大值zmax。 6.根据权利要求5所述的块体离散元数值模型外轮廓几何快速检索方法， 其特征在于， 所述设置边界容差得到待检索模型的边界面元并分类， 包括： 设置边界检索容差er ror； 遍历所有块体的外表面面元， 若外表面面元上的三个节点坐标的x分量与xmin的误差 小于error， 则该外表面面元为左边界面元， 设置该外表面面元的特殊材料编号； 若外表面 面元上的三个节点坐标的x分量与xmax的误差小于error， 则 该外表面面元为右边界面元， 设置该外表面 面元的特殊材 料编号； 若外表面面元上的三个节点坐标的y分量与ymin的误差小于error， 则该外表面面元为 前边界面元， 设置该外表面面元的特殊材料编号； 若外表面面元上的三个节点坐标的y分量 与ymax的误差小于err or， 则该外表 面面元为后边界面元， 设置该外表 面面元的特殊材料编 号； 若外表面面元上的三个节点坐标的z分量与zmin的误差小于error， 则该外表面面元为 下边界面元， 设置该外表面面元的特殊材料编号； 若外表面面元上的三个节点坐标的z 分量 与zmax的误差小于err or， 则该外表 面面元为上边界面元， 设置该外表 面面元的特殊材料编 号。 7.根据权利要求1所述的块体离散元数值模型外轮廓几何快速检索方法， 其特征在于， 所述针对剩余的外表面 面元， 利用块间面元法向量与交点相对位置检索出块间面元， 包括： 对剩余的外表面 面元进行循环遍历， 计算任意第i个外表面 面元的平面方程； 对除第i个外表面 面元的剩余外表面 面元中， 任取第j个外表面 面元； 计算当第j个外表面面元所在平面的法向量与第i个外表面面元所在平面的法向量的 点乘值D2 22， 当D222大于等于预设值， 重新选取第j个外表面 面元， 否则进行 下述判断： 计算以第 i个外表面面元所在平面的面元法向量为方向、 过第i个外表面面元所在平面 的中心的直线与第j个外表面 面元所在平面的交点 n5的坐标； 计算交点n5与第j个外表面面元三个顶点的相对关系， 若交点n5位于第j个外表面面元 内部， 第j个外表面面元与第i个外表面面元成对， 则第i个外表面面元为块间体的面元； 若 交点n5不位于第 j个外表面面元内部， 没有面元与第i个外表 面面元成对， 则第i个外表 面面 元为待检索模型的外边界面元。 8.一种块体离 散元数值模型外轮廓几何快速检索系统， 其特 征在于， 包括： 获取模块： 用于获取待检索模型中块体的基本信息， 所述基本信息包括： 块体数目、 块 体材料编号、 每个块体的节点数目、 每个块体的单元数目、 每个块体内节点坐标及单元组 成； 外表面面元检索模块： 用于根据块体的单元组成将每个块体拆分为4倍单元数目的面权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114036773 A 3