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(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115906204A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202210898090.5(22)申请日2022.07.28(71)申请人河海大学地址211100江苏省南京市江宁区佛城西路8号(72)发明人许文祥张凯星付俊良吴浩天(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200专利代理师陈月菊(51)Int.Cl.G06F30/10(2020.01)G06F30/20(2020.01)G06F17/18(2006.01)G06F113/26(2020.01)权利要求书4页说明书10页附图4页(54)发明名称非球形颗粒随机紧密堆积分数测定方法(57)摘要本发明公开了一种非球形颗粒随机紧密堆积分数测定方法,包括如下步骤:S1、构建非球形硬核‑软壳结构;S2、表征排斥特性下非球形硬核‑软壳结构的逾渗网络;S3、基于阻塞相变前优先发生的逾渗相变,对硬核‑软壳逾渗网络的软壳快速施压,致密化形成非球形颗粒逾渗网络;S4、将三维空间的连续逾渗模型映射至晶格逾渗模型;S5、将非球形颗粒形状信息引入平均场团簇尺寸,表征非球形颗粒随机堆积结构平均场团簇的尺度规律;S6、基于尺度理论和临界指数将平均场团簇转变回到原始三维空间;S7、测定具有阻塞相变的非球形颗粒随机堆积分数。本发明能够量测非球形颗粒堆积的堆积分数、平均接触数等关键物理量和局部堆积配置。CN115906204ACN115906204A权利要求书1/4页1.一种非球形颗粒随机紧密堆积分数测定方法,其特征在于,包括如下步骤:S1、构建非球形颗粒作为硬核,构建颗粒周围等厚度的中间相作为软壳,引入非球形硬核‑软壳平行结构量化中间相区域;基于几何概率,平均曲率推导非球形颗粒排斥体积以及周围中间相排斥影响区域;S2、基于中间相排斥影响区域、径向分布函数和中间相体积分数,表征排斥特性下非球形硬核‑软壳结构的逾渗网络;S3、基于阻塞相变前优先发生的逾渗相变,对硬核‑软壳逾渗网络的软壳快速施压,致密化形成非球形颗粒逾渗网络;基于逾渗局部条件概率,表征非球形颗粒逾渗网络中平均接触数的基线模型;S4、以平均接触数和平均团簇尺寸为桥梁表征非球形颗粒接触网络,将三维空间的连续逾渗模型映射至晶格逾渗模型,基于可解析的Bethe晶格逾渗设计平均场模型,构建平均场模型下团簇尺寸与平均接触数关系;S5、将非球形颗粒形状信息引入平均场团簇尺寸,表征非球形颗粒随机堆积结构平均场团簇的尺度规律;S6、基于尺度理论和临界指数将平均场团簇转变回到原始三维空间,利用中间相体积分数、非球形颗粒排斥体积、几何形状因子和流体状态平衡方程推导极限形式的非球形颗粒随机堆积率函数;S7、堆积率涵盖颗粒形状信息、排斥短程关联、逾渗相变的长程关联,构建非球形颗粒堆积分数与平均接触数的隐式关系,调控平均接触数,测定具有阻塞相变的非球形颗粒随机堆积分数。2.根据权利要求1所述的非球形颗粒随机紧密堆积分数测定方法,其特征在于,在S1ITZ中,非球形硬核‑软壳平行结构的中间相排斥影响区域Vex表示为:其中,是颗粒的平均曲率直径,t是中间相厚度,Deq为等效直径,定义为与非球颗粒具有相同体积的等效球的直径,ss为球形度。3.根据权利要求1所述的非球形颗粒随机紧密堆积分数测定方法,其特征在于,在S2中,表征中间相排斥影响下非球形硬核‑软壳结构的逾渗网络,非球形硬核‑软壳平行结构的连通数量nc表示为:其中,是颗粒体积分数,gCS是对于全等硬球的径向分布函数,采用经典的CS模型,表示为:中间相体积分数表示为:2CN115906204A权利要求书2/4页其中,λ=t/Deq,<·>表示为颗粒数量基平均处理,f(t)表示为:非球形硬核‑软壳逾渗网络的逾渗阈值的隐函数,表示为:其中,是颗粒的临界体积分数作为颗粒堆积结构的逾渗阈值,是非球形硬核‑软壳平行结构的临界体积分数作为非球形硬核‑软壳平行结构逾渗网络的逾渗阈值。4.根据权利要求3所述的非球形颗粒随机紧密堆积分数测定方法,其特征在于,在S3中对硬核‑软壳逾渗网络的中间相快速施压,致密化形成非球形颗粒逾渗网络;利用t→0的极限,获得硬颗粒的平均接触数Z,表示为:其中,ρ是颗粒的数密度,g2是对于非球形硬核‑软壳平行结构的径向分布函数;平均接触数的基线模型表示为:5.根据权利要求1所述的非球形颗粒随机紧密堆积分数测定方法,其特征在于,在S4中以平均接触数和平均团簇尺寸为桥梁表征非球形颗粒接触网络,将三维空间的连续逾渗模型映射至晶格逾渗模型,可解析的Bethe晶格逾渗的平均团簇尺寸CBL与平均接触数ZBL的关系可以表示为:CBL=1+ZBLTBL(9)其中,TBL是在Bethe晶格逾渗中连接于中心位点的一个分支贡献的平均团簇尺寸;构建平均