(19)中华 人民共和国 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 202111510385.2 (22)申请日 2021.12.10 (71)申请人 中国科学院深圳先进技 术研究院 地址 518055 广东省深圳市南 山区深圳大 学城学苑大道1068号 (72)发明人 付雪琼　鲁济豹　孙蓉　 (74)专利代理 机构 北京市诚辉律师事务所 11430 代理人 耿慧敏　朱伟军 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 30/25(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 113/26(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种多粒径填料填充型复合材料流动性模 拟方法 (57)摘要 本发明公开一种多粒径填料填充型复合材 料流动性模拟方法。 该方法包括： 设置填料几何 信息， 并根据最大填料颗粒尺寸划分单元网格； 根据离散元模拟确定填料物性参数和填料 ‑填 料、 填料‑壁面接触模型， 并定义颗粒生成器及模 型边界条件； 采用颗粒直径增长法生成颗粒随机 分布结构， 并设置颗粒线性分布的初速度； 确定 基体材料密度和粘度模型， 设定边界条件， 模拟 基体材料在给定剪切速率下的三维库埃特流动； 离散元软件生成动态链接库文件， 并导入耦合文 件； 采用计算流体力学软件设置耦合参数， 并导 入耦合文件； 结合计算流体力学软件与离散元软 件耦合计算， 计算复合材料粘度。 本发明能更准 确全面分析各类不同形状填料填充复合材料的 粘度变化 规律。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 114357902 A 2022.04.15 CN 114357902 A 1.一种多粒径填料填充型复合材 料流动性模拟方法， 包括以下步骤： 步骤S1， 设置填料形状、 填充密度、 粒径尺寸、 粒径分布， 并选取代表性单元， 根据最大 颗粒尺寸划分单 元网格； 步骤S2， 在离散元软件中导入网格模型， 根据离散元模拟确定填料物性参数和填料 ‑填 料、 填料‑壁面接触模型， 并定义颗粒生成器及模型边界条件； 步骤S3， 采用颗粒直径增长法生成设定填充密度下的颗粒随机分布结构， 根据颗粒位 置和剪切速率设置 颗粒线性分布的初速度； 步骤S4， 确定基体材料密度和粘度模型， 设定边界条件， 模拟基体材料在给定剪切速率 下的三维库埃特流动， 获得 稳定流场； 步骤S5， 所述离 散元软件生成动态 链接库文件， 并导入设置 了耦合参数的耦合文件； 步骤S6， 采用计算 流体力学 软件设置耦合 参数， 并导入耦合文件； 步骤S7， 结合所述计算流体力学软件与所述离散元软件耦合计算， 提取颗粒位置、 速 度、 受力信息， 并提取流场速度分布信息和模型边界受力 信息， 计算复合材 料粘度。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 步骤S1包括以下子步骤： 将粒径尺寸设置为1mm， 3mm， 5mm， 并选取大小不同的体积单元作为代表单元分别计算 模型粘度； 在确定体积单 元尺寸后， 建立 立方形模拟盒子， 作为颗粒 ‑基体复合体系的计算 域； 对所述计算 域进行非结构化网格划分， 并根据大颗粒直径确定网格尺寸。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 步骤S2包括以下子步骤： 设置颗粒材料类型和对应的材 料密度、 材 料弹性模量、 材 料泊松比； 设置壁面材料类型和对应的材 料密度、 材 料弹性模量、 材 料泊松比； 将颗粒接触模型以及颗粒 ‑壁面接触模型设置为线性模型， 并设置相应的硬度系数、 恢 复系数、 滑动摩擦系数和滚动摩擦系数； 定义立方体作为颗粒进料器， 水平两个方向为周期边界条件， 竖直方向上下两个面为 壁面边界条件。 4.根据权利要求2所述的方法， 其特 征在于， 步骤S3包括以下子步骤： 初始时刻， 采用颗粒静态生成法在立方体形颗粒进料器中生成预定填充密度的颗粒稀 疏填充结构， 对应的颗粒直径分别为大颗粒0.55mm， 小颗粒2.8mm和中颗粒3.9mm， 各颗粒的 相对体积含量分别为0.0 5， 0.4， 0.5 5； 通过颗粒直径增长在设定的多个时间步内使颗粒直径线性增大到1mm， 3mm， 5mm， 形成 设定填充密度的颗粒随机分布结构。 5.根据权利要求4所述的方法， 其特征在于， 还包括： 根据流场速度分布设置颗粒填充 体系的初速度， 若颗粒剪切方向为X方向， 垂直剪切方向为Z方向， 剪切速率为 颗粒i位置 坐标分别为xi， yi， zi， 则颗粒i沿X 方向的速度表示 为 6.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 步骤S4包括以下子步骤： 将网格文件导入Fluent求解器， 设置为瞬态计算， 设置沿竖直方向的重力加速度， 并根 据聚合物基 体材料特性， 设置流体材 料密度， 粘度采用Car reau模型； 根据库埃特流动特征， 将边界条件设置为： 沿水平两个方向为周期边界条件， 沿竖直方权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114357902 A 2向上下边界为壁面边界条件， 其中下壁面为静止壁面， 采用无滑移剪切边界条件； 上壁面为 运动壁面， 采用无滑 移剪切边界条件； 沿剪切方向周期边界的压强梯度为 ‑12Pa/m； 采用SIMPLE算法进行计算， 进而获得三维库埃特流场， 剪切方向流体速度呈线性分布， 其中， SIMPLE算法的各子项分别采用以下离散格式： 梯度采用格林 ‑高斯单元， 压力采用二 阶格式， 动量采用二阶迎风格式， 残差值设置为0.0 001。 7.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 在步骤S5中， 所述耦合参数包括耦合类型、 时间步比值、 计算流体力学网格类型、 曳力模型， 其中设置耦合类型为双向耦合， 以同时考 虑流体对颗粒的作用以及颗粒对流体的作用； 设置流体力学网格 类型为静态。 8.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 在步骤S6中， 所述耦合参数包括源项、 固 相‑液相相互作用， 并设置为欧拉两相流模型， 第一相为液相， 第二相为固相。 9.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 在步骤S7中， 根据以下公式计算复合材料 粘度： 其中， τ 为 运动壁面受到的剪应力， 为剪切速率。 10.一种计算机可读存储介质， 其上存储有计算机程序， 其中， 该程序被处理器执行时 实现根据权利要求1至9中任一项所述方法的步骤。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114357902 A 3