本發(fā)明專利技術涉及一種纖維隨機分布生成方法、系統(tǒng)、電子設備及介質(zhì)，具體涉及復合材料技術領域。所述方法包括以第一根纖維為中心，多次采用人工魚群算法在纖維生成窗口內(nèi)生成初始纖維團簇；在生成初始纖維團簇的纖維生成窗口內(nèi)移動搜索框，當每次移動后的搜索框內(nèi)纖維體積分數(shù)小于預設體積分數(shù)時，則基于硬核模型在每次移動后的搜索框內(nèi)進行撒點得到新的纖維，直到搜索框在纖維生成窗口內(nèi)移動完畢，根據(jù)預設體積分數(shù)對纖維生成窗口內(nèi)的纖維進行刪減得到最終生成的纖維。本發(fā)明專利技術能夠有效生成纖維的隨機分布結構，并能夠解決團簇問題。并能夠解決團簇問題。并能夠解決團簇問題。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種纖維隨機分布生成方法、系統(tǒng)、電子設備及介質(zhì)
[0001]本專利技術涉及復合材料
，特別是涉及一種纖維隨機分布生成方法、系統(tǒng)、電子設備及介質(zhì)。
技術介紹
[0002]纖維增強復合材料由于其高比強度、比剛度，質(zhì)量輕，優(yōu)良的抗疲勞性能以及耐腐蝕性能，在航空航天、汽車領域應用越來越廣泛。通過建立代表性體積單元的方式對纖維增強復合材料的彈性屬性進行預測，以及通過考慮基體，纖維，纖維
?
基體界面的本構關系，孔隙缺陷，熱殘余應力等因素對復合材料的斷裂等力學行為進行預測成為了當前復合材料力學性能分析與結構設計的重要方向。
[0003]組分材料的特性，夾雜物的幾何形狀，空間分布都強烈影響著復合材料內(nèi)部的力學作用，進而影響宏觀結構的力學性能，因此，考慮纖維隨機分布的代表性體積單元(Representative volume element，RVE)受到了學者們的青睞。近年來，研究者們提出了各種各樣的算法生成纖維隨機分布的RVE。在算法發(fā)展之初，人們考慮纖維不能相撞，提出了硬核模型。但這個模型生成的纖維含量不能超過50％，因此不適用于當前高纖維體積分數(shù)復合材料的研究與應用。為了提高含量，人們又提出了新的RVE生成算法，如基于圖像處理的方法，通過獲取復合材料的纖維分布圖像，利用圖像技術真實再現(xiàn)纖維的分布，這種方法需要強大的軟硬件支撐，難以獲得推廣應用。基于纖維擾動的方法對纖維進行移動，當留出空白區(qū)后又繼續(xù)撒點，這種方法非常新穎，但需要考慮復雜的纖維移動條件。劉釗等人提出隨機分布粒子群優(yōu)化算法(Random Distribution Particle Swarm Optimization，RDPSO)，并提出了纖維跳躍這一重要思想來改變纖維生成的團簇現(xiàn)象，這獲得了非常不錯的效果，但也存在一定不足：當獲取的RVE纖維含量較小時，若纖維間距設置不合理，容易形成多團簇現(xiàn)象；當獲取的RVE纖維含量較高時，由于設置了纖維跳躍，這種跳躍容易導致空間的浪費，如當跳躍的纖維與某根纖維的纖維間距略小于時，在這兩根纖維之間無法再生成下一根纖維，最終導致RVE生成失敗。
技術實現(xiàn)思路
[0004]本專利技術的目的是提供一種纖維隨機分布生成方法、系統(tǒng)、電子設備及介質(zhì)，能夠有效生成纖維的隨機分布結構，并能夠解決團簇問題。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本專利技術提供了如下方案：
[0006]一種纖維隨機分布生成方法，包括：
[0007]在纖維生成窗口內(nèi)隨機生成第一根纖維；
[0008]以所述第一根纖維為中心，基于周期性邊界條件多次采用人工魚群算法在所述纖維生成窗口內(nèi)生成初始纖維團簇；
[0009]在生成所述初始纖維團簇的纖維生成窗口內(nèi)移動搜索框，當每次移動后的所述搜索框內(nèi)纖維體積分數(shù)小于所述預設體積分數(shù)時，則基于硬核模型在每次移動后的所述搜索
框內(nèi)進行撒點得到新的纖維，直到所述搜索框在所述纖維生成窗口內(nèi)移動完畢，根據(jù)所述預設體積分數(shù)對所述纖維生成窗口內(nèi)的纖維進行刪減得到最終生成的纖維。
[0010]可選的，所述以所述第一根纖維為中心，基于周期性邊界條件多次采用人工魚群算法在所述纖維生成窗口內(nèi)生成初始纖維團簇，具體包括：
[0011]基于周期性邊界條件以所述第一根纖維為中心采用人工魚群算法在所述纖維生成窗口內(nèi)生成第一迭代次數(shù)下的纖維集合；
[0012]判斷所述纖維生成窗口內(nèi)的纖維體積分數(shù)是否大于或等于預設體積分數(shù)，得到第一判斷結果；
[0013]若所述第一判斷結果為否，則根據(jù)當前迭代次數(shù)下的纖維集合內(nèi)各纖維為中心，基于周期性邊界條件采用人工魚群算法在所述纖維生成窗口內(nèi)生成下一迭代次數(shù)下的纖維集合，并更新迭代次數(shù)以及返回所述“判斷所述纖維生成窗口內(nèi)的纖維體積分數(shù)是否大于或等于預設體積分數(shù)，得到第一判斷結果”；
[0014]若所述第一判斷結果為是，則停止迭代。
[0015]可選的，所述在生成所述初始纖維團簇的纖維生成窗口內(nèi)移動搜索框，當每次移動后的所述搜索框內(nèi)纖維體積分數(shù)小于所述預設體積分數(shù)時，則基于硬核模型在每次移動后的所述搜索框內(nèi)進行撒點得到新的纖維，直到所述搜索框在所述纖維生成窗口內(nèi)移動完畢，根據(jù)所述預設體積分數(shù)對所述纖維生成窗口內(nèi)的纖維進行刪減得到最終生成的纖維，具體包括：
[0016]設置搜索框的長度、寬度以及移動步長；
[0017]在生成所述初始纖維團簇的纖維生成窗口內(nèi)移動所述搜索框，并計算移動后的所述搜索框內(nèi)的纖維體積分數(shù)；
[0018]判斷移動后的所述搜索框內(nèi)的纖維體積分數(shù)是否小于所述預設體積分數(shù)，得到第二判斷結果；
[0019]若所述第二判斷結果為是，則基于硬核模型和周期性邊界條件在所述搜索框內(nèi)進行撒點，并返回所述“在生成所述初始纖維團簇的纖維生成窗口內(nèi)移動所述搜索框，并計算移動后的所述搜索框內(nèi)的纖維體積分數(shù)”，直到所述搜索框在所述纖維生成窗口內(nèi)移動完畢；
[0020]若所述第二判斷結果為否，則返回所述“在生成所述初始纖維團簇的纖維生成窗口內(nèi)移動所述搜索框，并計算移動后的所述搜索框內(nèi)的纖維體積分數(shù)”，直到所述搜索框在所述纖維生成窗口內(nèi)移動完畢；
[0021]基于所述周期性邊界條件，根據(jù)所述預設體積分數(shù)對所述纖維生成窗口內(nèi)的纖維進行刪減得到最終生成的纖維。
[0022]一種纖維隨機分布生成系統(tǒng)，包括：
[0023]第一根纖維生成模塊，用于在纖維生成窗口內(nèi)隨機生成第一根纖維；
[0024]初始纖維團簇生成模塊，用于以所述第一根纖維為中心，基于周期性邊界條件多次采用人工魚群算法在所述纖維生成窗口內(nèi)生成初始纖維團簇；
[0025]最終纖維生成模塊，用于在生成所述初始纖維團簇的纖維生成窗口內(nèi)移動搜索框，當每次移動后的所述搜索框內(nèi)纖維體積分數(shù)小于所述預設體積分數(shù)時，則基于硬核模型在每次移動后的所述搜索框內(nèi)進行撒點得到新的纖維，直到所述搜索框在所述纖維生成
窗口內(nèi)移動完畢，根據(jù)所述預設體積分數(shù)對所述纖維生成窗口內(nèi)的纖維進行刪減得到最終生成的纖維。
[0026]可選的，所述初始纖維團簇生成模塊，具體包括：
[0027]第一迭代次數(shù)下的纖維集合生成單元，用于基于周期性邊界條件以所述第一根纖維為中心采用人工魚群算法在所述纖維生成窗口內(nèi)生成第一迭代次數(shù)下的纖維集合；
[0028]第一判斷單元，用于判斷所述纖維生成窗口內(nèi)的纖維體積分數(shù)是否大于或等于預設體積分數(shù)，得到第一判斷結果；
[0029]纖維集合生成單元，用于若所述第一判斷結果為否，則根據(jù)當前迭代次數(shù)下的纖維集合內(nèi)各纖維為中心，基于周期性邊界條件采用人工魚群算法在所述纖維生成窗口內(nèi)生成下一迭代次數(shù)下的纖維集合，并更新迭代次數(shù)以及返回所述“判斷所述纖維生成窗口內(nèi)的纖維體積分數(shù)是否大于或等于預設體積分數(shù)，得到第一判斷結果”；
[0030]停止迭代單元，用于若所述第一判斷結果為是，則停止迭代。
[0031]可選的，所述最終纖維生成模塊，具體包括：
[0032]設置單元，用于設置搜索框的長度本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種纖維隨機分布生成方法，其特征在于，包括：在纖維生成窗口內(nèi)隨機生成第一根纖維；以所述第一根纖維為中心，基于周期性邊界條件多次采用人工魚群算法在所述纖維生成窗口內(nèi)生成初始纖維團簇；在生成所述初始纖維團簇的纖維生成窗口內(nèi)移動搜索框，當每次移動后的所述搜索框內(nèi)纖維體積分數(shù)小于所述預設體積分數(shù)時，則基于硬核模型在每次移動后的所述搜索框內(nèi)進行撒點得到新的纖維，直到所述搜索框在所述纖維生成窗口內(nèi)移動完畢，根據(jù)所述預設體積分數(shù)對所述纖維生成窗口內(nèi)的纖維進行刪減得到最終生成的纖維。2.根據(jù)權利要求1所述的一種纖維隨機分布生成方法，其特征在于，所述以所述第一根纖維為中心，基于周期性邊界條件多次采用人工魚群算法在所述纖維生成窗口內(nèi)生成初始纖維團簇，具體包括：基于周期性邊界條件以所述第一根纖維為中心采用人工魚群算法在所述纖維生成窗口內(nèi)生成第一迭代次數(shù)下的纖維集合；判斷所述纖維生成窗口內(nèi)的纖維體積分數(shù)是否大于或等于預設體積分數(shù)，得到第一判斷結果；若所述第一判斷結果為否，則根據(jù)當前迭代次數(shù)下的纖維集合內(nèi)各纖維為中心，基于周期性邊界條件采用人工魚群算法在所述纖維生成窗口內(nèi)生成下一迭代次數(shù)下的纖維集合，并更新迭代次數(shù)以及返回所述“判斷所述纖維生成窗口內(nèi)的纖維體積分數(shù)是否大于或等于預設體積分數(shù)，得到第一判斷結果”；若所述第一判斷結果為是，則停止迭代。3.根據(jù)權利要求1所述的一種纖維隨機分布生成方法，其特征在于，所述在生成所述初始纖維團簇的纖維生成窗口內(nèi)移動搜索框，當每次移動后的所述搜索框內(nèi)纖維體積分數(shù)小于所述預設體積分數(shù)時，則基于硬核模型在每次移動后的所述搜索框內(nèi)進行撒點得到新的纖維，直到所述搜索框在所述纖維生成窗口內(nèi)移動完畢，根據(jù)所述預設體積分數(shù)對所述纖維生成窗口內(nèi)的纖維進行刪減得到最終生成的纖維，具體包括：設置搜索框的長度、寬度以及移動步長；在生成所述初始纖維團簇的纖維生成窗口內(nèi)移動所述搜索框，并計算移動后的所述搜索框內(nèi)的纖維體積分數(shù)；判斷移動后的所述搜索框內(nèi)的纖維體積分數(shù)是否小于所述預設體積分數(shù)，得到第二判斷結果；若所述第二判斷結果為是，則基于硬核模型和周期性邊界條件在所述搜索框內(nèi)進行撒點，并返回所述“在生成所述初始纖維團簇的纖維生成窗口內(nèi)移動所述搜索框，并計算移動后的所述搜索框內(nèi)的纖維體積分數(shù)”，直到所述搜索框在所述纖維生成窗口內(nèi)移動完畢；若所述第二判斷結果為否，則返回所述“在生成所述初始纖維團簇的纖維生成窗口內(nèi)移動所述搜索框，并計算移動后的所述搜索框內(nèi)的纖維體積分數(shù)”，直到所述搜索框在所述纖維生成窗口內(nèi)移動完畢；基于所述周期性邊界條件，根據(jù)所述預設體積分數(shù)對所述纖維生成窗口內(nèi)的纖維進行刪減得到最終生成的纖維。4.一種纖維隨機分布生成系統(tǒng)，其特征在于，包括：
第一根纖維生成模塊，用于在纖維生成窗口內(nèi)隨機生成第一根纖維；初始纖維團簇生成模塊...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：黃明輝，劉勁松，李毅波，潘晴，陳超，岳強，
申請(專利權)人：中南大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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