非球颗粒建模方法改进和输送机工作过程分析软件研制

颗粒状或者块状的物质是广泛应用的一个大类物质，所以对该物质的研究有很重要的意义。这种颗粒状物质具有固定的形状和体积，并具有离散性和流动性，所以对颗粒物质的研究不适合用传统的固体力学方法。 自从Cundall提出基于牛顿第二定律的离散元法，给颗粒运动研究展开了新的思路。经过多年努力研究，课题组在离散元理论研究、仿真计算已经取得了很大成果，开发了集设计、计算、仿真演示、性能分析于一体的离散元法仿真计算软件，积累了丰富的经验。软件仿真的对象也逐步从简单规则的颗粒和农业机械发展到不规则的颗粒和复杂的机械。 课题组原先的仿真颗粒方法是基于Pro/E图形，手动的采用人机交互方式，调节球的大小和数目，来完成对非球颗粒的组合球建模。虽然该方法可以建立出形状比较复杂的颗粒模型，但是通过肉眼判断和建立模型并不能很好的保证模型与实物的精确度。于是课题组在三维扫描仪扫描数据文件作为输入的情况下，根据颗粒的顶点和三角网格面的几何信息，建立了基于顶点和基于三角网格面的球填充不规则颗粒的生成算法。该方法虽然能够比较精确的填充比较复杂的三维颗粒，但是填充球的数目非常庞大，以至于无法应用于科学计算，因为庞大的球数将使计算效率非常低下。虽然原程序也可以将组成填充球数选取的比较少，但是由于优化的方法并不是很好，会损失很多信息以至于在球数减少的同时，损失很多局部信息失去不规则颗粒的轮廓特征。 本文在仔细研究扫描文件的化简优化方法的基础上，通过选取比较适合原建模方法的点云化简方法，并结合用户要求的精度，优化基于点云和基于三角形的建模方法。同时完成新增椭球超球自动球填充建模模块。该模块需要根据用户输入椭球超球参数方程，先生成规则的点云，根据非规则颗粒的填充思路，生成球颗粒。并可以根据用户的选择即非规则颗粒（多球）和椭球超球颗粒的颗粒类型，输入质量一样或者密度一样的参数值，将颗粒的轴长信息等和组成球信息存入数据库，颗粒可以用于离散元法计算的颗粒模版。 本文还研制了输送机工作过程仿真软件，首先对输送机仿真软件进行了需求分析，并给出了系统的数据流图、用例图和程序设计。通过前端CAD提取的多种输送机模型进行边界建模，根据不同输送机运动的特点，在不同时刻给边界赋予正确的运动方式，同时往输送机中生成大量的颗粒，验证输送机是否能够按照规定的方式工作。 最后，软件测试按照单元测试和集成测试相结合的方法，实例验证按照功能测试的方法将本文添加的模块和软件进行了测试。测试结果表明本文优化的非球颗粒建模能够在控制球数和保证精度的情况下比较好的对非球颗粒建模。用户可以输入椭球超球方程的参数，然后采用非球颗粒建模软件自动生成组成球。输送机工作过程仿真软件能够按照用户输入输送机的CAD设计图，仿真输送机的工作过程，并且稳定的运行，达到输送机仿真的功能。