三维离散元法边界建模软件设计
离散元法中的集料三维数字模型构建
中图分类号：U414; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文献标志码：A
Construction of 3D Digital Model of Aggregate in Discrete Element MethodБайду номын сангаас
LI Zhi1，WANG Zishuo1，WU Wenliang1，SUN Yangyong2
离散元法中的集料三维数字模型构建
作者：李智 王子硕 吴文亮 孙杨勇
来源：《湖南大学学报·自然科学版》2019年第11期
摘; ;要：基于三维建模及PFC 5.0平台Fish语言开发一种集料三维离散元模型构建方法.基于三维建模构建集料颗粒几何形态特征，将集料几何形态导入PFC 5.0平台构建可表征集料几何形态的clump模板;调用clump模板在一定空间内生成clump用于集料离散元模拟.为评价该方法的有效性及准确性，使用填充度评价clump表征集料几何形态的效果，并采用单元球体数量量化虚拟集料对计算效率的影响，分析几何形态精度与填充算法效率的关系以及填充算法参数对填充度以及单元球体数量的影响.研究结果表明：集料几何形态特征点数量为1 000～2 000能够发挥填充算法的优势;按照填充算法推荐参数生成的clump块体可以较好地平衡填充精度与计算效率.该方法可以实现低成本、高效率生成集料三维离散元模型，为进一步数字化试件仿真提供有力技术支撑.
Key words：highway engineering;aggregat;discrete element method;Fish code
為了对混凝土的细观结构、力学特性有更加深入的认识，基于离散元法的混凝土结构数值模拟研究逐渐成为研究热点.构建混凝土试样离散元模型是进行细观结构分析及力学模拟的关键.离散元建模的方法主要分为两种：一种是成型试件并通过X-ray工业CT技术[1]及数字图像处理重构得到试件的离散元模型;另一种是基于算法和计算机直接生成离散元试件.前者能够获取得到较为精确的试件数字模型，但由于费用较高以及试样尺寸、形状等限制而具有一定的局限性，而后者在这方面优势显著.
型孔轮式排种器工作过程与性能仿真
型孔轮式排种器工作过程与性能仿真于建群;王刚;心男;付宏【摘要】由型孔轮式大豆排种器的三维CAD模型建立了其三维离散元法分析模型,采用球颗粒建立了大豆种子的分析模型,采用离散元法和自主研发的三维CAE软件对排种器的工作过程及性能进行了仿真分析,并与台架试验进行比较.结果表明,排种性能、投种角、种子运动轨迹与台架试验结果基本一致,证明了采用离散元法分析型孔轮式大豆排种器工作过程及其性能的可行性.%A cell wheel metering device and the soybean seed were researched by using the discrete element method. The 3-D discrete element method analytical model of the seed metering device was built on its 3-D CAD model extracted through the method which was based on graphic elements and the surface mesh, and the 3-D particle model of soybean seeds were established on the spherical particle. The metering performance, the trajectories and dropping angles of the soybean seeds were simulated and analyzed by using self-developed 3-D CAE software. It showed that the metering performance, the dropping angles and trajectories of the seeds were good agree with the experiment results by comparing the analytical results of simulation. This result showed the feasibility of using the discrete element method to analyze the performance of the cell wheel metering device.【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2011(042)012【总页数】6页(P83-87,101)【关键词】型孔轮式排种器;大豆种子;离散元法;优化设计【作者】于建群;王刚;心男;付宏【作者单位】吉林大学生物与农业工程学院,长春130025;吉林大学生物与农业工程学院,长春130025;吉林大学生物与农业工程学院,长春130025;吉林大学计算机科学与技术学院,长春130012【正文语种】中文【中图分类】S223.2引言排种器作为精密播种机的核心部件，其性能直接影响播种机的作业质量，而为提高播种机的作业效果，必须对排种器的结构和充、排种机理进行研究。
利用FLAC3D分析某边坡地震稳定性
利用FLAC3D分析某边坡地震稳定性一、本文概述随着全球气候变化和人为活动的加剧，地震等自然灾害对人类社会和自然环境的影响日益显著。
边坡作为地壳表面的一种常见地貌形态，其稳定性对于防止地质灾害、保护人民生命财产安全具有重要意义。
FLAC3D作为一款广泛应用于岩土工程领域的数值模拟软件，其强大的三维有限差分计算能力使得它成为分析边坡地震稳定性的重要工具。
本文旨在利用FLAC3D软件，针对某一具体边坡进行地震稳定性分析，探讨其在不同地震动作用下的响应特征，以期为边坡工程的设计、施工和维护提供理论支持和决策依据。
本文首先将对FLAC3D软件的基本原理和计算方法进行简要介绍，阐述其在边坡稳定性分析中的适用性。
接着，结合某一具体边坡的实际情况，建立相应的数值模型，并设定不同等级的地震动作为输入条件。
通过数值模拟，分析边坡在地震作用下的变形、应力分布以及破坏模式，探究边坡的稳定性变化规律。
本文还将讨论不同影响因素，如边坡几何形态、材料性质、地震动强度等对边坡稳定性的影响，以期全面评估边坡的地震稳定性。
通过本文的研究，旨在深入了解FLAC3D在边坡地震稳定性分析中的应用，为边坡工程的安全设计和有效管理提供科学依据。
也为类似工程问题的研究提供参考和借鉴。
二、FLAC3D软件介绍FLAC3D（Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions）是一款由Itasca公司开发的专门用于模拟岩土工程问题的三维显式有限差分程序。
该程序基于拉格朗日描述，能够模拟岩土体在复杂应力路径下的变形和流动行为。
由于其强大的计算能力和灵活的建模方式，FLAC3D在岩土工程领域得到了广泛的应用。
FLAC3D的核心优势在于其能够模拟岩土体的弹塑性行为、大变形、流动和破坏过程。
程序内置了多种本构模型，如Mohr-Coulomb 模型、Drucker-Prager模型等，这些模型能够准确描述岩土体的应力-应变关系。
三维模态变形体离散元方法及应用研究
，
性运 动和 变形 的叠 加 ， 块体 内部 进 一 步采 用 多 种变
形模 态将块 体 的变 形 分解 为 数 种 变形 模 态 的叠 加 。 计算 时则使 用显 式时 步步进 的动 态松 弛解法 求解平 动方 程 、 动方程 和变 形方 程 ， 而得 出块体 的运动 转 从 和变 形 。接着 ， 使 用 线 弹性 的或 者其 他 本 构模 型 再 求解 块体 的应力 。 这种数值方 法是一 种 可 以实现从 连续 介 质到 非
为离散 元方 法 的工程应 用奠 定 了基础 。
目前采 用 的变形体 离散 元都是 在块 体 内部进 一
增加一个 节点所带来 的 自由度 ， 因此计算效率较 高。 本文 在 给 出方 法 本 身之 后 ， 取 了若 干有 代 表 选
性 的实例 进行 了模 型 验证 ， 结 合 梅 花拱 坝破 坏 实 并 例， 充分 阐述 了该方 法在水 电工 程 中的应用 。
空间离散块体的运动和变形在一定条件下可以 分 解为 三种运 动 的叠加 ， 即块体 平动 、 块体 转动 和块 体 变形 。本节 分别 给 出转 动 和变 形 的运动 学 描 述 。
变形 体离 散 元数 值 模 型 （ ＭＤ Ｍ ） 并 编 制 了相 应 ３ Ｅ ， 的程 序 。该 方法 首先 根 据 天 然 的 节理 、 隙或 者 人 裂 为 的分割缝 将所 研究 的岩 体 离 散 成 三维 块 体 ， 体 块
收 稿 日期 ：００— ６—０ ２１ ０ １
２ 模态变形体 离散元方法
摘
ห้องสมุดไป่ตู้
要： 首先 建立 了三 维 模 态 变 形 体 离 散元 （ ＭＤ Ｍ ） 法 ， 述 了其 基 本 原 理 及 特 点 ， 应用 一 系列 算 例 进 行 了 验 证 。 这 些 算 例 ３ Ｅ 方 阐 并
三维模态变形体离散元方法
0前 言
离散元法是 20 世纪 70 年代初由 Cundall[1]提出的 一种分析不连续岩体运动与变形的数值分析方法。它 建立在牛顿第二定律基础之上，可以分析刚体、变形 体的力学行为，块体之间的力通过块体间接触作用相 互传递，适合于求解弹塑性、大变形和动力问题。在 静力和动力求解过程中离散元均采用时步步进的动态 松驰法，可以模拟结构的变形和破坏过程，实现过程 的仿真。之后又发展了变形体离散元方法[2-3]，并与 Itasca 公司合作开发了二维离散元软件 UDEC[4]和三 维离散元软件 3DEC[5]，为离散元方法的工程应用奠
本文基于 SDEM 的基本理念，结合空间多体柔性 动力学基本方法[11]，在小应变，有限变形的条件下， 建立了一套完备的三维模态变形体离散元数值模型 (3MDEM)，并编制了相应的程序。该方法将块体的运 动和变形分解成运动与变形的叠加，同时用若干变形 模态来离散块体的变形，并用显式的时步步进的动态 松 弛 算 法 进 行 求 解 ， 其 与 DDA(Discontinuous Deformation Analysis) [12]的区别在于：①DDA 基于最 小势能原理建立方程，对于大变形问题进行了简单的 推广，在采用高阶变形模式时，没有理论证明其具有 足够的精度，而 3MDEM 基于平衡方程，在小应变， 有 限 变 形 的 条 件 下 ， 是 精 确 的 ； ② 虽 然 DDA 和 3MDEM 都选用了多种变形模态离散块体的变形，但 DDA 一般仅采用一阶模态，高阶 DDA 的精度未充分 证明，而 3MDEM 采用 1 阶模态时，可以完全解耦， 当采用高阶模态时，在理论上也是精确的，算例表明 采用高阶模态对于很多实际问题具有更高的效率；③ 在 DDA 方法中，块体间的接触作为一种约束集成到 刚度矩阵中，由于接触的易变与复杂性，刚度矩阵也 处于不停变化当中，尤其是对于三维问题，DDA 一直 缺乏具有实际应用价值的分析软件，而 3MDEM 方法 中接触是由专门的接触算法实现，接触力只进入平衡 方程的荷载项，不修改方程形式，较容易处理大运动、 大旋转等需要连续变更接触关系的问题。目前， 3MDEM 已开发出具有实际应用价值的分析程序。
总结了一下MIDAS软件
总结了一下MIDAS软件MIDAS（Mechanical and Industrial Design Automation System）软件是一款综合性的结构工程软件，主要用于结构分析、设计和优化。
它由MIDAS IT公司开发，已经成为全球范围内最受欢迎和广泛应用的结构工程软件之一、MIDAS软件具有多种功能模块，以满足不同类型和规模的工程项目的需求。
这篇文章将总结MIDAS软件的主要特点和应用领域。
首先，MIDAS软件具有强大的分析功能。
它可以进行线性和非线性的静力分析、动力分析、热力分析和随机振动分析。
MIDAS软件支持多种分析方法，包括有限元分析、边界元分析、离散元分析和模态分析等。
使用这些分析功能，工程师可以准确地评估结构的安全性、性能和可靠性。
其次，MIDAS软件拥有丰富的设计工具。
它提供了多种建模工具和设计工具，包括梁、板、壳、柱和节点等元素的建模工具，以及截面设计、构件设计和连接设计等功能。
MIDAS软件还支持多种材料的设计和分析，如钢、混凝土、木材和复合材料等。
这些设计工具使工程师能够高效地完成结构设计，并优化结构的性能和成本。
此外，MIDAS软件还具有直观友好的用户界面和高效的计算引擎。
用户界面简洁明了，功能布局合理，使得用户能够轻松地进行建模、分析和设计。
计算引擎采用了高效的算法和计算方法，可以快速地进行大规模的结构分析和优化。
MIDAS软件的应用领域非常广泛。
它可以应用于建筑、桥梁、隧道、高速公路、航空航天、海洋工程、电力工程等各种工程项目。
工程师可以使用MIDAS软件对结构进行分析和设计，确保结构的安全和可靠性。
此外，MIDAS软件还可以帮助工程师进行结构优化，以达到最佳的性能和成本。
尽管MIDAS软件的功能和应用领域非常广泛，但它也存在一些限制。
首先，MIDAS软件的学习曲线较陡峭，需要一定的培训和实践才能熟练掌握。
其次，MIDAS软件的使用需要较大的计算资源，特别是对于大型和复杂的结构分析和优化。
基于等高线的复杂地形三维离散单元法数值模型建模方法
基于等高线的复杂地形三维离散单元法数值模型建模方法
基于等高线的复杂地形三维离散单元法数值模型建模方法是一种用于建立复杂地形的数值模型的方法。
该方法将地形数据转化为等高线图形来描述地形特征，并基于离散单元法来进行数值模拟。
具体步骤如下：
1. 数据预处理：收集和处理地形数据，包括高程数据和地形特征数据。
将高程数据转化为数字高程模型，将地形特征数据转化为等高线。
2. 创建离散单元网格：将地形区域划分为小的离散单元，如矩形或三角形网格。
根据地形特征和分辨率选择合适的网格尺寸。
3. 网格参数化：为每个离散单元分配参数，如高程、倾斜角度、纹理等。
参数化过程可以基于等高线图形进行。
4. 数值模拟：根据离散单元法的原理，对每个离散单元进行物理模拟，包括模拟地形变形、水流、土壤侵蚀等。
可以使用各种数学模型和算法来计算离散单元的行为。
5. 可视化和分析：根据模拟结果，对地形进行可视化和分析。
可以使用三维渲染技术将模拟结果可视化，也可以利用统计和分析方法来评估地形特征和变化。
该方法的优点是能够准确地模拟复杂地形的变化和相互作用，
同时具有较高的计算效率。
然而，该方法需要处理较大的数据量和复杂的数值模拟过程，需要具备一定的计算机编程和数学建模能力。
基于FLAC3D的三维边坡稳定性强度折减法计算效率改进算法及其应用
2、边坡的稳定性系数等指标，可以对边坡的稳定性进行评价； 3、破裂面的位置和形状，有助于确定治理措施和优化设计方案。
在结果分析过程中，需要以下几个方面：
1、破裂面的预测：FLAC3D可以准确预测破裂面的位置和形状，但需要考虑 地质条件的复杂性和计算精度的限制；
2、稳定性系数的敏感性：稳定性系数受到多种因素的影响，如土体性质、 荷载等，需要对这些因素进行敏感性分析；
根据现场调查和工程地质勘探，收集到了边坡的岩土力学参数、水文地质条 件、可能的荷载和边界约束条件等数据。在此基础上，采用有限元法建立了边坡 的计算模型，详细模拟了边坡内部的物理和力学过程。通过不断调整模型的材料 参数和边界条件，使得模型的计算结果与实际观测数据尽可能接近。
在模型验证可靠后，采用整体强度折减法对边坡的稳定性进行分析。根据计 算结果，该边坡的稳定系数为1.25，属于基本稳定状态。失稳破坏模式主要为边 坡顶部出现拉裂缝，同时局部岩体出现滑动。为了提高该边坡的稳定性，建议采 取适当的加固措施，如增加锚杆、喷射混凝土等。
引言
边坡稳定性分析是岩土工程领域中非常重要的一个方面，对于保障工程项目 安全具有至关重要的作用。在工程建设过程中，边坡失稳可能会导致严重的工程 事故，因此对边坡稳定性进行准确的分析和评估具有重要意义。随着计算机技术 的不断发展，数值模拟方法在边坡稳定性分析中得到了广泛应用。本次演示将探 讨基于FLAC3D（Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions） 软件的边坡稳定性分析方法。
4、荷载施加：根据实际情况，施加一定的荷载，如自重、外力等。 5、数值模拟：利用FLAC3D进行数值模拟，得到边坡的位移、应力等响应。
6、稳定性评估：根据模拟结果，对边坡的稳定性进行评估，计算稳定系数 等指标。
基于等高线的复杂地形三维离散单元法数值模型建模方法
基于等高线的复杂地形三维离散单元法数值模型建模方法（原创实用版2篇）篇1 目录一、引言二、等高线的概念及其在地形建模中的应用三、复杂地形三维离散单元法数值模型的建模方法四、模型的验证与应用五、结论篇1正文一、引言地形建模是地理信息科学和地球物理学中的一个重要研究领域。
在地形建模中，等高线的应用非常广泛，它是一种描述地形高度的曲线。
然而，在处理复杂地形时，等高线方法存在局限性，因此，需要寻求一种更为有效的建模方法。
本文将介绍一种基于等高线的复杂地形三维离散单元法数值模型建模方法。
二、等高线的概念及其在地形建模中的应用等高线是地图上连接相同高度点的曲线。
在地形建模中，等高线方法被广泛应用，因为它可以直观地表示地形高度变化。
然而，等高线方法在处理复杂地形时存在局限性，例如在描述地形的细节和局部特征方面不够精确。
三、复杂地形三维离散单元法数值模型的建模方法为了解决等高线方法在处理复杂地形时的局限性，本文提出了一种基于等高线的复杂地形三维离散单元法数值模型建模方法。
该方法主要包括以下步骤：1.根据等高线数据生成地形离散单元。
2.对地形离散单元进行三角网格划分。
3.计算三角网格单元的体积和质量属性。
4.应用边界元方法对地形进行数值模拟。
四、模型的验证与应用为了验证所提方法的有效性，本文将通过对比实测数据和模拟结果来进行验证。
结果表明，所提方法在描述复杂地形方面具有较高的精度和可靠性。
此外，该方法在地震波传播模拟、地形可视化和地理信息系统等领域具有广泛的应用前景。
五、结论本文提出了一种基于等高线的复杂地形三维离散单元法数值模型建模方法，并通过实证研究验证了其有效性。
篇2 目录一、引言二、等高线的概念及其在地形建模中的应用三、复杂地形三维离散单元法数值模型的建模方法四、模型的验证与应用五、结论篇2正文一、引言地形建模是地理信息科学和地球物理学的重要研究领域之一。
在地形建模中，等高线被广泛应用，因为它可以直观地反映地形的高低起伏。
基于FLAC3D平台的边坡非饱和降雨入渗分析
基于FLAC3D平台的边坡非饱和降雨入渗分析一、本文概述随着工程建设的快速发展，边坡稳定性问题日益受到广泛关注。
在边坡稳定性分析中，降雨入渗是一个关键因素，尤其是在非饱和状态下的边坡，降雨入渗的影响更为显著。
因此，研究非饱和降雨入渗对边坡稳定性的影响，对于预防边坡失稳和保障工程安全具有重要意义。
FLAC3D作为一款强大的岩土工程数值模拟软件，具有模拟复杂地质条件、考虑多种物理过程和精细控制边界条件等优势，在边坡稳定性分析领域得到了广泛应用。
本文旨在利用FLAC3D平台，对边坡在非饱和状态下的降雨入渗过程进行数值模拟分析，以揭示降雨入渗对边坡稳定性的影响机理，为边坡稳定性评价和防治措施提供科学依据。
本文将首先介绍FLAC3D的基本原理和模拟方法，然后构建非饱和边坡的数值模型，并设定合理的降雨入渗边界条件。
通过对模拟结果的分析，探讨降雨入渗过程中边坡内部应力场、渗流场和变形场的变化规律，以及这些因素对边坡稳定性的影响。
结合工程实例，验证数值模拟结果的有效性，并提出相应的边坡稳定性评价和防治措施建议。
本文的研究将为深入理解非饱和降雨入渗对边坡稳定性的影响提供新的视角和方法，为边坡工程的安全设计和施工提供理论支持和实践指导。
二、FLAC3D数值分析平台介绍FLAC3D（Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions）是一款专门用于岩土工程问题的三维显式有限差分程序。
该程序由明尼苏达大学开发，经过数十年的发展与完善，现已成为岩土工程领域进行地质体变形、流动、热传导等复杂行为模拟分析的重要工具。
FLAC3D基于拉格朗日描述，采用显式求解方法，能够模拟材料在达到强度极限或塑性极限时的破坏和流动行为。
其内置的本构模型涵盖了线弹性、弹塑性、黏弹塑性等多种材料属性，适用于模拟从岩土体到混凝土等各种材料的力学行为。
FLAC3D还具备强大的流体流动模拟能力，可以模拟孔隙水和孔隙气的流动，以及流固耦合问题。
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。但该方法是一种近似方
法： ①求解颗粒与边界的接触作用点 （ 接触力作用 点） 和接触叠合量 （ 用于计算接触作用力 ） 是近似 的。②在小三角形平面的相互连接处一阶导数不连
收稿日期： 2011 － 01 － 15 修回日期： 2011 － 02 － 11 * 国家高技术研究发展计划（ 863 计划） 资助项目（ 2006AA04Z125 ） 、 60973090 ） 、 国家自然科学基金资助项目（ 50775097 、 吉林省科技发展 计划资助项目（ 20100313 ） 和工程仿生教育部重点实验室开放课题资助项目（ K201008 ） Email： yy19830202@ yahoo． com． cn 作者简介： 于亚军， 博士生， 主要从事离散元法边界建模及农机部件优化设计研究， Email： Fuhong@ jlu． edu． cn 通讯作者： 付宏， 教授， 主要从事数值模拟和计算机仿真研究，
连曲线组成的闭合部分， 轮廓边缘数为组成轮廓的 边的数目。 如图 3a 所示， 虚圆面依附于多边形平 面， 图元含有 2 个轮廓， 内轮廓边缘数为 1 ， 外轮廓 边缘数为 4 。通过相应的 API 函数获取图元的轮廓 数和轮廓的边缘数， 进而判别出是否存在虚边界以 及虚边界的数量、 类型： 轮廓数大于 1 时， 存在虚边 虚边界类型为虚圆面； 边 界； 轮廓边缘数等于 1 时， 缘数大于等于 3 时， 虚边界类型为虚多边形平面。 在 UG 软件的 CAD 模型中， 有时存在两个曲面 相贯的情况， 以图 4 所示两圆柱面相贯为例， 将相贯 曲面称为相贯面， 被相贯的曲面称为被相贯面， 相贯 处的相贯线在 UG 软件中的曲线类型被定义为 B 样 条曲线。采用虚实边界的方法即可以解决这种相贯 问题， 此时提取被相贯面图元参数时， 将其视为带有 虚圆柱面的曲面来分析。
Abstract For the current problems in boundary modeling of DEM，a 3D DEM boundary modeling software combined with VC + + platform，MFC libraries and Access database was developed． It integrated with the UG software and the 3D DEM analysis software． Taking the cell wheel feed as an example， there was good agreement by designing the CAD model and comparing the 3D simulation results of its working process with the experiment results． The results were proved to be feasible and effective． Key words Discrete element method，Boundary modeling，UG software，Redevelopment 领域得到较多应用
2
2. 1
软件关键技术的实现方法
开发平台 UG / Open 是 UG 软件为用户提供的最主要的开
［7 ］
图1
三维离散元法边界建模软件流程图 Fig． 1 Flow chart of software
发工具
。 软件使用 UG / Open API 接口加载程序 中的相关函数， 使用 UG / Open MenuScript 制作程序 。“三维提取” “选择曲面” 菜单 一级菜单下分 和“添 2 个二级菜单， “选择曲面” 加信息” 用户通过 菜单选 择 CAD 模型， 获取模型几何信息； 在“添加信息 ” 下 “运动 ” 、 “材料 ” 3 个三级菜单， 有 和“规律分布 ” 可 “运动 ” 、 “材料 ” 以对模型添加相应的 属性信息和规 律分布功能信息。
［5 ］
。
［2 ］
20 世纪 70 年代末 Cundall 等
提出离散元法，
其思想是把颗粒材料简化成具有一定形状和质量颗 粒的集合， 赋予接触颗粒间及颗粒与接触边界 （ 机 以 械部件） 间某种接触力学模型和模型中的参数， 考虑颗粒之间及颗粒与边界之间的接触作用以及颗 粒与边界的不同物理机械性质。目前离散元法已成 为研究颗粒群体动力学问题的通用方法， 并在许多
图4 Fig． 4 图3 Fig． 3 平面和柱面钻有圆孔示意图
（ b） 柱面钻有圆孔
两圆柱面相贯示意图
Diagram of phase penetration of two cylinders
Diagram of drilled hole of plane and cylinder
（ a） 平面钻有圆孔
［6 ］
三维离散元法边界建模软件， 并实现与 UG 软件及 三维离散元法分析软件的集成。
1
软件结构和流程
分析可知机械部件的结构虽然比较复杂， 但与
颗粒材料接触作用的是机械部件中某些零部件的表 这些表面往往由一些基本图形元素组成 ， 简称为 面， 图元。在二维 CAD 模型中基本图元是直线段、 圆弧 段、 椭圆弧段等； 在三维 CAD 模型中基本图元是平 面、 球面、 椭球面、 圆柱面、 圆锥面、 圆环面、 螺旋面、 球冠面、 球台面、 圆台面等。本边界建模软件实现了 通过读取 CAD 模型中包含的这些基本图元， 来建立 机械部件的离散元法分析模型， 其结构和工作流程 如图 1 所示。
面、 圆锥面、 圆台面、 完整直圆柱面、 非完整直圆柱 面、 完整曲圆柱面和非完整曲圆柱面等。 其中弓形 弓形由弦及其所对的弧组 平面为弓形生成的平面， 成， 本软件中弓形的弧类别为圆弧， 其他类别 （ 椭圆 抛物线） 还有待开发。 弧、 UG 实体模型是一些存储在 UG 软件本身的图 形数据库中的对象集合。数据库中包含 UG 部件图 每一个几何对象都对应一个 tag_t 的任何几何对象， tag_t 相 指针类型， 当模型被 UG 软件加载或创建后， 将模型对象和 UG / Open API 当于对象的唯一标识， 联系起来， 获取模型的几何参数信息
［3 ～ 4 ］
引言
在工农业生产领域， 大量存在着颗粒材料与机 械部件的接触作用和颗粒材料的流动过程 。传统连 续介质力学方法不能很好地解决这些机械部件的性 能优化问题
［1 ］
。
在采用离散元法分析颗粒材料与机械部件的接 触作用时， 需要建立机械部件 （ 边界 ） 的离散元法分 析模型。分析可知， 与颗粒材料接触作用的零部件 表面可分为两种： 能用解析式表达的规则曲面， 如平 球面、 柱面和锥面等； 不能用解析式表达的非规 面、 则曲面。 对于曲面边界的建模， 国外大都采用将与颗粒 材料接触的边界表面离散成小三角形平面组合的方 “有限壁” 又称 方法 法，
［7 ］
软件使用 UG / Open API 的内部开发模式， 使用 MFC AppWizard（ DLL） 工程向导， 调用 MFC 类库中 丰富的资源设计软件的功能界面， 实现与 Access 数 据库之间的通信， 经过编译链接后得到 dll 文件， 通 过环境变量动态链接成为 UG 软件的一部分， 实现 与 UG 软件的无缝集成 2. 2 图元自动识别
［7 ］
。
为了增强软件的自动性和软件界面的简洁性， 开发了图元自动识别模块， 对选取的图元类别自动 进行识别和提取， 避免了用户对图元类型判断和选 择的过程。图元类型自动识别模块流程如图 2 所 示， 调用 UF_UI_select_single （ ） 函数选择图元后， 调
。
本软件可以提取的图元主要包括 ： 圆形平面、 弓 、 、 、 、 、 形平面 扇形平面 多边形平面 球面 球冠面 球台
虚圆柱面参数主要是通过获取相贯线和相贯面 的参数来获取， 对于完整直圆柱面， 本程序需要提取 的参数主要包括底面半径、 上底面圆心、 下底面圆 心。以相贯面和被相贯面均为完整直圆柱面为例 ， 底面半径通过提取相贯面参数来获取， 通过提取曲
虚圆面和虚多边形平面主要是根据图元的轮廓 数和轮廓的边缘数来判别。将图元轮廓定义为由相
第8 期
于亚军 等： 三维离散元法边界建模软件设计
101
图2 Fig． 2
图元类型自动识别算法
Automatic identifying algorithm of primitive atomic type
用 UF_MODL_ask_face_type（ ） 函数对图元的类别进 按照 UG 软件的数据结构将图元划分为： 平 行判别， 面、 直圆柱面、 锥面、 旋转面、 球面。根据图元的特点 和 UG 软件数据结构将图元类别再一次划分 。 2. 3 虚边界提取 分析可知有些零部件表面不是完整的图元， 例 （ 3 ） 如一个平面上或一个柱面上钻有圆孔 见图 或开 由于制造工艺的限制， 机械部件表面的缺 有沟槽等， 失部分， 往往也可以由图元表示。 为了在边界建模 时去除这些缺失部分， 本文采用实边界和虚边界的 ［6 ］ 方法 。实边界表示机械部件中实际存在的面， 这 些面与颗粒材料接触时有接触力产生 。虚边界依附 于实边界表面， 表示实边界上缺失部分， 颗粒材料与 虚边界接触时没有接触力产生， 因而可以穿过虚边 界。本软件可以提取的虚边界图元主要包括虚圆 面、 虚多边形平面、 虚圆柱面 （ 完整直圆柱面 ） ， 其中 虚圆面和虚多边形平面依附于平面类型图元 ， 虚圆 柱面依附于曲面类型图元。
Design of 3D DEM Boundary Modeling Software
Yu Yajun1 Yu Jianqun1 Chen Zhong1 Fu Hong2
（ 1 ． College of Biological and Agricultural Engineering，Jilin University，Changchun 130025 ，China 2 ． College of Computer Science and Technology，Jilin University，Changchun 130012 ，China）