本发明涉及岩土工程，具体涉及一种基于立体光刻曲面网格划分的真实颗粒形状可破碎模型建模方法、装置、存储介质及设备。
背景技术：
1、粗粒土是一种非连续、非均质的复杂多相岩土介质，其就地取材方便、施工成本低、压实性良好、透水性较强、抗剪性与抗震能力强、承载力较高，因此粗粒土是工程建设中广泛采用的岩土材料，例如路基与路堤填料、高铁路基基床填料、铁路道砟材料、高填方机场填料、高土石坝工程堆石料等。当作用于颗粒的外部荷载超过颗粒自身可承受的极限强度时，颗粒会发生破碎。颗粒破碎会显著影响粗粒土的物理力学特性，进而极大改变粗粒土在土木工程中的使用性能，影响工程的安全性和耐久性。
2、目前，与粗粒土破碎相关的研究仍以物理试验为主。室内物理试验虽然方法简单、设备要求低、观测方便，但常受限于试验设备及成本，无法开展大规模的研究，且由于颗粒形状的高度不规则性，物理试验的可重复性差，难以在颗粒尺度观察和统计颗粒的破碎情况。随着计算机技术的发展，数值模拟方法得到了广泛应用。离散元方法(dem)回归到散体材料是由颗粒和周围空隙组成的本质，且能实时追踪加载过程中颗粒的破碎过程，便于分析颗粒破碎的细观力学机理，是一种研究颗粒破碎的有效方法。
3、目前，常用的模拟颗粒破碎的离散元方法可分为两大类，一类是碎片替换法，即当某个颗粒满足预先设定的某类破碎标准时，认为该颗粒发生破碎，将其替换为具有一定拓扑关系的若干子颗粒。该方法计算效率较高，但该方法颗粒破碎模式与破碎强度标准存在争议，可能引起质量与体积不守恒，且仅适用于模拟圆形或球形的简单颗粒，无法反映实际工程中广泛存在的复杂形状颗粒。另一类方法是黏结胞元法，即将颗粒表示为由黏结在一起的胞元组成的集合体。该方法无需假定颗粒破碎标准和破碎模式，能够实现对复杂形状颗粒的模拟，因此这种方法应用广泛。
4、采用黏结胞元法时，胞元既可以是子球，也可为多面体。采用球形胞元存在一定的缺陷，主要体现在：(1)颗粒由球形胞元组成时，颗粒内部存在较大空隙，破碎时难以保证颗粒体积守恒；(2)为了较好地反映颗粒的棱角性需大量球形胞元，这极大影响了计算效率；(3)当采用球形胞元时，外部施加的力将转化为接触处的拉应力和转动力矩，这与实际破碎情况不符。综上所述，球形胞元在颗粒破碎模拟中的应用受到限制。
5、相比之下，四面体或多面体胞元可以满足颗粒破碎过程中的体积守恒，而且可以将外部荷载分解为作用在胞元上的拉伸力和剪切力。四面体胞元的潜在破碎路径(即发生断裂的位置)总是平滑的，而多面体胞元间提供了微凸体和粗糙的破坏路径，这些微凸体和粗糙的破坏路径导致部分胞元的伸展张开和沿其他胞元的剪切滑动，能更好地从力学角度反映颗粒破碎的实质且能更真实地再现颗粒破碎路径。
6、目前，各类成熟的算法和软件用于任意形状颗粒模型的多面体剖分，如开源程序包neper和voro++，商业化软件pfc3d、3dec、matlab等。但这些多面体剖分工具仅支持简单凸面体剖分，然而真实颗粒形状复杂、表面凹凸不平，现有建模工具无法直接将真实颗粒模型剖分为多面体胞元集合体。为了解决上述问题，提出了一种基于立体光刻曲面网格划分的真实颗粒形状可破碎模型建模方法。
技术实现思路
1、本发明提出了一种基于立体光刻曲面网格划分的真实颗粒形状可破碎模型建模方法、装置、存储介质及设备，以解决非凸复杂形状颗粒可破碎模型的构建问题，有助于利用离散元方法进行颗粒破碎的研究。
2、本发明采用的技术方案如下：基于立体光刻曲面网格划分的真实颗粒形状可破碎模型建模方法，包括如下步骤：
3、(1)扫描获得需要建模的真实颗粒的三维轮廓；
4、(2)利用有限元软件读取真实颗粒的三维轮廓信息作为模型边界，并且在颗粒模型内部划分一定数量的多面体网格；
5、(3)提取多面体网格中的各多面体单元的顶点坐标信息；
6、(4)通过离散元软件读取上述各多面体单元的顶点坐标信息，生成可破碎的真实颗粒模型，该真实颗粒模型利用平行黏结模型将各多面体单元黏合在一起，进行颗粒破碎试验的数值模拟，当多面体单元之间的力超过黏结力时，平行黏结键断裂，颗粒发生破碎。
7、进一步地，所述步骤(1)中，真实颗粒来源于实际工程中的砂砾石或碎石填料，通过扫描获取真实颗粒的三维轮廓信息，并通过点云建模和点云拼接生成与真实形状一致的颗粒模型，该颗粒模型由一定数量的拓扑连接的三角网格组成，保存为有限元软件可以读取的格式文件。
8、进一步地，所述步骤(2)中，有限元软件通过调整多面体网格的基础尺寸，在颗粒内部生成不同数量的多面体网格。
9、进一步地，所述步骤(3)中，获取颗粒模型内部各个多面体的顶点坐标信息，并转换为离散元软件可读取的建模命令，存储为离散元软件可读取的格式文件。
10、进一步地，所述步骤(4)中，将构建好的可破碎的真实颗粒模型导入离散元软件，多面体单元之间赋予黏结力用以模拟颗粒破碎。
11、本发明的另一技术方案是：一种建模装置，采用所述的基于立体光刻曲面网格划分的真实颗粒形状可破碎模型建模方法，包括：
12、三维扫描模块，用于扫描真实颗粒，获取其三维轮廓；
13、多面体网格构建模块，用于获取上述三维轮廓信息并将其作为模型边界，在颗粒模型内部划分一定数量的多面体网格；
14、顶点坐标信息提取模块，用于提取上述多面体网格中的各多面体单元的顶点坐标信息；
15、可破碎模型构建模块，用于读取上述顶点坐标信息，利用平行黏结模型将各多面体单元黏合在一起，生成可破碎的真实颗粒模型。
16、本发明的另一技术方案是：一种存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的基于立体光刻曲面网格划分的真实颗粒形状可破碎模型建模方法。
17、本发明的另一技术方案是：一种电子设备，包括：
18、一个或多个处理器；
19、存储介质，其上存储有一个或多个程序；
20、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现所述的基于立体光刻曲面网格划分的真实颗粒形状可破碎模型建模方法。
21、本发明具有的有益效果是：本发明在扫描获取真实颗粒形状的基础上，将具有真实形状的颗粒模型转化为由若干多面体单元组成的集合体用以模拟颗粒破碎，该方法可以实现真实形状颗粒可破碎模型的构建，并将其导入离散元软件中进行颗粒破碎的模拟，为进一步通过数值仿真了解颗粒材料破碎行为提供了有效的技术手段。
1.基于立体光刻曲面网格划分的真实颗粒形状可破碎模型建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于立体光刻曲面网格划分的真实颗粒形状可破碎模型建模方法，其特征在于，所述步骤(1)中，真实颗粒来源于实际工程中的砂砾石或碎石填料，通过扫描获取真实颗粒的三维轮廓信息，并通过点云建模和点云拼接生成与真实形状一致的颗粒模型，该颗粒模型由一定数量的拓扑连接的三角网格组成，保存为有限元软件可以读取的格式文件。
3.根据权利要求1所述的基于立体光刻曲面网格划分的真实颗粒形状可破碎模型建模方法，其特征在于，所述步骤(2)中，有限元软件通过调整多面体网格的基础尺寸，在颗粒内部生成不同数量的多面体网格。
4.根据权利要求1所述的基于立体光刻曲面网格划分的真实颗粒形状可破碎模型建模方法，其特征在于，所述步骤(3)中，编写matlab代码，获取颗粒模型内部各个多面体的顶点坐标信息，并转换为离散元软件可读取的建模命令，存储为离散元软件可读取的格式文件。
5.根据权利要求1所述的基于立体光刻曲面网格划分的真实颗粒形状可破碎模型建模方法，其特征在于，所述步骤(4)中，将构建好的可破碎的真实颗粒模型导入离散元软件，多面体单元之间赋予黏结力用以模拟颗粒破碎。
6.一种建模装置，采用如权利要求1～5任一项所述的基于立体光刻曲面网格划分的真实颗粒形状可破碎模型建模方法，其特征在于，包括：
7.一种存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任意一项所述的基于立体光刻曲面网格划分的真实颗粒形状可破碎模型建模方法。
8.一种电子设备，其特征在于，包括：
