(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111558295.0 (22)申请日 2021.12.20 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113946984 A (43)申请公布日 2022.01.18 (73)专利权人 北京科技大 学 地址 100083 北京市海淀区学院路3 0号 (72)发明人 石天意　付建新　宋卫东　 (74)专利代理 机构 北京市广友专利事务所有限 责任公司 1 1237 代理人 张仲波　邓琳 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G16C 60/00(2019.01) G06F 111/08(2020.01)审查员 孟圆 (54)发明名称 一种三维随机 裂隙模型建立方法 (57)摘要 本发明公开了一种三维随机裂隙模型建立 方法， 包括： 根据所需模 型要求， 确定模拟区域的 形状， 并设置模型尺寸数据； 根据所需模 型要求， 确定主生裂隙方向与次生裂隙方向； 根据所需模 型要求， 确定建立裂隙的种类； 根据所需模型要 求， 定义裂隙的尺寸数据； 根据所需模型要求， 定 义裂隙数量或模型整体孔隙率； 生成裂隙模型。 本发明提供的裂隙模型建立方法具有方便高效 且成本较低的优点。 权利要求书1页 说明书4页 附图5页 CN 113946984 B 2022.04.22 CN 113946984 B 1.一种三维随机裂隙模型建立方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1， 根据所需模型要求， 确定模拟区域的形状， 并设置模型尺寸数据； 所述步骤1中， 生成模型包括长方体、 椭球体、 球体、 圆柱体； 其中， 长方体的尺寸数据包 括长Ls、 宽Ws、 高Hs； 椭球体的尺寸数据包括三轴 长度As、 Bs、 Cs； 球体的尺寸数据包括半径 Rs； 圆柱体的尺寸数据包括半径Rs、 高Hs； 步骤2， 根据所需模型要求， 确定主生裂隙方向与次生裂隙方向； 所述步骤2中， 通过定义裂隙的多种方向并进行权重赋值来决定产生的随机裂隙的朝 向， 并以此模拟模型的主生裂隙方向与次生裂隙方向； 步骤3， 根据所需模型要求， 确定建立裂隙的种类； 所述步骤3中， 所述裂隙的种类包括椭球 体裂隙和八面体 裂隙； 步骤4， 根据所需模型要求， 定义裂隙的尺寸数据； 所述步骤4 中， 依据需求选择椭球体裂隙或八面体裂隙， 并定义裂隙三轴长度At、 Bt、 Ct 与裂隙尺寸波动范围at、 bt、 ct， 使裂隙尺寸在所需范围内随机变化； 步骤5， 根据所需模型要求， 定义裂隙数量或模型整体孔隙率； 所述步骤5 中， 孔隙率定义为模型中所有裂隙体积之和与模型体积之比； 模型生成过程 中， 孔隙率的判定是指在生 成每个裂隙后， 计算所有裂隙体积之和与模型体积的比值， 根据 比值判断是否 达到设定的孔隙率； 步骤6， 生成裂隙模型； 所述步骤6中， 基于定义的裂隙数量或孔隙率， 利用随机函数生成裂隙中心位置， 根据 定义的裂隙类型与 尺寸数据生成大小不同的裂隙， 并根据定义的主生裂隙方向与次生裂隙 方向对生成裂隙的方向进行调整； 所述步骤6 中， 通过调用不同的随机函数实现裂隙尺寸波动及裂隙方向波动， 以满足不 同的模型需求； 通过定义的孔隙率生成裂隙模型的过程中， 通过break语句控制生成模型的孔隙率在 设定的孔隙率附近波动， 具体地， 生成随机裂隙后实时记录裂隙体积， 计算模型当前孔隙率 并与设定的孔隙率进行比较来判定循环语句中断； 具体地， 生成模型为圆柱体， 所述 三维随机裂隙模型建立方法包括以下步骤： 定义变量， 设置圆柱体模型尺寸数据如下： 半径Rs为25， 高Hs为100； 同时， 设置模型左 下角坐标为 （0， 0， 0） ； 确定主生裂隙方向， 定义 为 （1， 1， 2） 的向量方向， 权 重为60%； 确定裂隙种类为椭球 体裂隙； 确定裂隙尺寸 三轴长At、 Bt、 Ct分别为2、 1、 1， 确定三轴尺寸波动范围为0.5、 0.2、 0.2； 定义裂隙数量 为100， 或定义 孔隙率为5%； 使用random函数生成大小与方向在一定范围内波动的随机裂隙。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 113946984 B 2一种三维随机裂隙模型建立方 法 技术领域 [0001]本发明涉及随机裂隙模型建立技术领域， 特别涉及一种三维随机裂隙模型建立方 法。 背景技术 [0002]随着各领域相关研究的进步与计算机技术的发展， 各种数值模拟技术在材料特性 研究方面得到广泛应用。 而现实中材料内部往往并非均匀致密， 而 是遍布裂隙和孔隙， 裂隙 的存在会对材料的物理力学性质产生明显的影响， 致使运用简单建模形成的致密 模型进行 数值模拟获得的结果难以匹配实际情况。 [0003]通常的解决方法是在模型内部大致位置建立几条大裂隙， 但是这种方法与实际情 况不同， 不能描述真实的裂隙情况。 还有一种 方法是CT扫描现实试样图像处理后建模的方 法， 对于真实材料情况有良好的模拟效果， 但耗费成本较高， 且需要基于实际材料， 对模型 尺寸形状有限制。 同时， 由于裂隙存在 对于材料强度往往存在折减效果， 如果不考虑裂隙进 行模拟， 往往会高估材料强度和其安全性。 因此如何进行一种 方便高效且成本较低的随机 裂隙三维模型建立是目前需要解决的问题。 [0004]此外， 裂隙的发育往往并不是完全随机分布， 而是沿着一条或多条节理方向沿伸， 同时又不是严格平行， 而是具有着一定范围内的偏向。 因此通过简单建模手段中人为设置 的直线裂隙与真实裂隙情况不符合。 为解决这些问题导致材料物理力学性质研究中的困 难， 需要寻找一种高效的三维随机裂隙模型生成方法。 发明内容 [0005]针对上述问题， 本发明的目的在于提供一种方便、 高效且成本较低的三维随机裂 隙模型建立方法。 [0006]为解决上述 技术问题， 本发明的实施例提供如下 方案： [0007]一种三维随机裂隙模型建立方法， 包括以下步骤： [0008]步骤1， 根据所需模型要求， 确定模拟区域的形状， 并设置模型尺寸数据； [0009]步骤2， 根据所需模型要求， 确定主生裂隙方向与次生裂隙方向； [0010]步骤3， 根据所需模型要求， 确定建立裂隙的种类； [0011]步骤4， 根据所需模型要求， 定义裂隙的尺寸数据； [0012]步骤5， 根据所需模型要求， 定义裂隙数量或模型整体孔隙率； [0013]步骤6， 生成裂隙模型。 [0014]优选地， 所述步骤1中， 生成模型包括长方体、 椭球体、 球体、 圆柱体； 其中， 长方体 的尺寸数据包括长Ls、 宽Ws、 高Hs； 椭球体的尺寸数据包括三轴长度As、 Bs、 Cs； 球体的尺寸 数据包括半径Rs； 圆柱体的尺寸数据包括半径Rs、 高Hs。 [0015]优选地， 所述步骤2中， 通过定义裂隙的多种方向并进行权重赋值来决定产生的随 机裂隙的朝向， 并以此模拟模型的主生裂隙方向与次生裂隙方向。说　明　书 1/4 页 3 CN 113946984 B 3