(19)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 202211062855.8 (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 平顶山天安煤业股份有限公司 地址 467000 河南省平 顶山市矿工中路21 号 (72)发明人 李延河　张创业　吕有厂　刘庆军　 李振兴　马晓红　石崇　朱其志　 胡少斌　 (74)专利代理 机构 郑州大通专利商标代理有限 公司 41111 专利代理师 余炎锋 (51)Int.Cl. G06F 30/10(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 111/10(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 适用于复杂横截面柱状试样的加载与伺服 控制方法 (57)摘要 本发明公开了一种适用于复杂横截面柱状 试样的加载与伺服控制方法， 本发 明基于颗粒流 数值计算方法， 首先确定任意形状的柱状试样模 型的横截面多边形轮廓， 根据模型高度要求， 将 外边界多边形延伸为多面体并生成内部颗粒。 接 着， 从底部开始， 依次在外边界上生成相应半径 的颗粒， 在生成完整的一层边界膜颗粒后， 向上 一层开始生成， 此后采用相同生成方法， 逐层生 成直至到达柱体顶部。 之后对整体外边界膜颗粒 设置较低的模量和较高的粘结强度， 开始施加伺 服力并按照一定的频率更新力的大小和方向， 直 至伺服结束。 本申请分层按各条边界生成边界颗 粒， 更符合实际工程中试样的形状特征； 采用软 伺服方法能够不限制试样的侧向自由变形。 权利要求书2页 说明书7页 附图6页 CN 115422612 A 2022.12.02 CN 115422612 A 1.一种适用于复杂横截面柱状试样的加载与伺服控制方法， 其特 征在于， 包括： a、 确定模型横截面的外边界轮廓形状， 根据模型高度， 将外边界轮廓拉伸成外边界的 柱状多面体， 并生成内部 颗粒； b、 根据设定的颗粒半径， 从选定的外边界轮廓开始， 依次对各条边生成膜颗粒， 组成该 层的轮廓膜颗粒， 再沿 高度方向， 逐层生成其他层的轮廓膜颗粒， 直至整个柱状多面体形成 外边界膜颗粒； c、 对外边界膜颗粒设置模量参数和粘结强度参数， 在施加伺服力时， 相应的模量参数 能够使得外边界膜颗粒不阻碍模型的侧向变形， 相应的粘结强度参数能够使得外边界膜颗 粒不破坏； d、 施加伺服力， 按设定频率更新伺服力的大小与方向， 进行模型计算分析直至内部应 力状态满足设计要求。 2.根据权利要求1所述的适用于复杂横截面柱状试样的加载与伺服控制方法， 其特征 在于， 在步骤b中， 根据 柱状多面体的选定层的几何边界的各端点坐标和目标颗粒半径r， 确 定每条边的颗粒个数n以及每条边上 各颗粒的中心位置， 构成选 定层的轮廓颗粒； 根据选定层的轮廓颗粒的坐标及半径， 确定相邻层颗粒的生成位置， 并根据颗粒半径 和颗粒间的位置关系， 以此类推生成其他各层的各条边上颗粒的中心位置， 相邻两层对应 的边上的颗粒高度逐层变化 为2r。 3.根据权利要求2所述的适用于复杂横截面柱状试样的加载与伺服控制方法， 其特征 在于， 设定其中一条边的两端点 坐标为(x1,y1,z1)和(x2,y2,z1)， 该条边的颗粒个数n 为： 该条边上第k个颗粒中心位置坐标为： 其中， 1≤k≤n。 4.根据权利要求3所述的适用于复杂横截面柱状试样的加载与伺服控制方法， 其特征 在于， 当选定层的几何边界中其中一条边的长度与颗粒半径 不成倍数关系时， 对颗粒个数n 取整， 并根据该边长度对颗粒半径进行重新取值。 5.根据权利要求1 ‑4任一所述的适用于复杂横截面柱状试样的加载与伺服控制方法， 其特征在于， 设定颗粒的最大颗粒半径rmax和最小颗粒半径rmin， 在生成的柱状多面体外轮 廓控制下， 按照孔隙率 生成随机分布的岩土 颗粒。 6.根据权利要求5所述的适用于复杂横截面柱状试样的加载与伺服控制方法， 其特征 在于， 采用射线法遍历所有颗粒， 如果颗粒射线与轮廓面只有一个交点， 表明颗粒在 多面体 内部， 保留； 否则， 颗粒删除。 7.根据权利要求1所述的适用于复杂横截面柱状试样的加载与伺服控制方法， 其特征 在于， 分别对各条边上的颗粒施加伺服力， 当对其中某一颗粒施加 伺服力时， 根据该颗粒与 其上下左右颗粒的位置关系确定法方向， 再叠加法方向伺服力， 得到最终施加的伺服力； 目标颗粒最终施加的伺 服力的大小获取步骤为： 首先找到该目标颗粒与其上下左右的权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115422612 A 2对应的颗粒的方向向量 根据该目标颗粒上施加的伺服应力σ 及其与上下 左右颗粒的方向关系， 分别求出 该目标颗粒在对应法方向上的伺服力大小F1、 F2、 F3、 F4； 叠加即可得到施加在目标颗粒上的伺服力大小， 遍历每一个颗粒， 得到每个颗粒施加 的伺服力， 并在迭代的过程中不断更新伺服力的大小和方向； 每个时间步计算称为一个迭 代步， 通过迭代步计算， 判断颗粒体系是否 达到伺服要求， 满足伺服要求则退 出。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115422612 A 3