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摘 要

离散单元法作为研究散粒体系统动力学特性的重要方法，近年来愈来愈引起工程界和学术界的重视，以其为基础的数值仿真和程序编制也成功地在多个领域得到应用。本文以离散单元法数值仿真程序设计为背景，基于VC研究编制了块体颗粒离散元后处理程序，并为其设计了简单的交互界面。其中包括：总结归纳离散元相关理论，为后面的程序设计提供理论论证；调用OpenGL图形库实现块体颗粒运动的仿真重现，直观还原块体颗粒在碰撞挤压下的形变位移，实现科学计算可视化；基于Qt和C ，使用Qt Creator设计程序操作界面，构建并连接信号和槽，编写槽函数并预留部分槽用于之后的追加功能，完成交互操作设计。最终编制完成一个包括后处理程序与后处理程序界面的总体程序，展示其运行界面和功能执行界面，解析界面和功能的实现代码，同时也对后处理程序的结构和功能函数做出分析，展现其输出的图形结果。

关键词：离散单元法，OpenGL，数值仿真，Qt

Abstract

Discrete element method is an important method to study the dynamic characteristics of bulk system. In recent years, more and more attention has been paid to the engineering and academia. The numerical simulation and programming based on it have also been successfully applied in many fields. This dissertation is based on the discrete element method numerical simulation program design. Based on the VC research, a block particle discrete element post-processing program is programmed and a simple interactive interface is designed for it. These include: summarizing the discrete element correlation theory, providing theoretical proof for the following program design; calling the OpenGL graphics library to realize the simulated reproduction of the block particle motion, and directly reducing the deformation displacement of the block particles under collision and extrusion, and achieving scientific calculation Visualization; based on Qt and C , use Qt Creator to design the program operation interface, build and connect signals and slots, write slot functions and reserve some slots for additional functions afterwards to complete interactive operation design. Final preparation of a complete program including post-processing and post-processing program interface, display its operating interface and function execution interface, analysis of interface and function implementation code, but also to analyze the post-processing program structure and function, show The graphical result of its output.

KEY WORDS: Discrete Element Method, OpenGL, numerical simulation, Qt

目 录

摘要 .............................................................Ⅰ

Abstract ...........................................................Ⅱ

第一章 绪论 ......................................................1

1.1 课题的研究背景 ............................................1

1.2 国内外研究现状 ............................................1

1.3 本文的研究内容 ............................................3

1.4 研究难点和程序编写流程 ....................................3

第二章 离散元理论概述 .............................................5

2.1 引言 ......................................................5

2.2 接触判据与相对位移 ........................................5

2.3 接触力 ....................................................6

2.4 运动方程 ..................................................7

第三章 OpenGL理论及具体应用 .....................................8

3.1 科学计算可视化概述 ........................................8

3.2 OpenGL图形库的概念和原理概述 .............................8

3.3 OpenGL运行处理流程 .......................................9

3.3.1 OpenGL的内部处理流程 .................................9

3.3.2 OpenGL的后处理流程 ..................................9

3.4 程序中用到的OpenGL语句及功能分析 .........................10

3.5 兼容性问题分析及处理 ......................................12

3.6 小结 ......................................................12

第四章 Qt相关理论及界面设计操作 ..................................14

4.1 Qt及Qt Creator简介 .........................................14

4.2 Qt界面设计流程 ............................................14

4.2.1 主界面的设计流程 .....................................14

4.2.2 菜单栏的设计流程 .....................................15

4.2.3 工具栏的设计流程 .....................................16

4.2.4 输出框的设计流程 .....................................17

4.2.5 状态栏的设计流程 .....................................18

4.3 信号和槽的连接机制 ........................................18

第五章 程序运行结果展示及结构分析 .................................20

5.1 程序整体结构分析 ..........................................20

5.2 界面运行展示及相关代码 ....................................21

5.2.1 载入界面 .............................................21

5.2.2 主界面 ...............................................22

5.2.3 数据载入界面 .........................................23

5.2.4 时间步调整界面 .......................................24

5.2.5 缩放界面 .............................................25

5.2.6 观察角度调整界面 .....................................27

5.2.7 运行界面 .............................................29

5.3 后处理程序结构分析.........................................30

5.4 后处理程序输出结果展示.....................................31

第六章 结论和展望 .................................................34

6.1 本文工作总结 ...............................................34

6.2 下一步工作展望 .............................................34

致谢 ..............................................................35

参考文献 ..........................................................36

附录 ..............................................................38

• 1. 绪论

课题的研究背景

离散元法的概念在20世纪70年代初由Cundall^[1]首先提出，最初是用于岩石力学的研究，它的基本思想是把研究对象分离成刚性元素的集合，使各个刚性元素满足运动方程，再使用时步迭代的方法求解各个元素的运动方程，进而获得研究对象的整体运动形态。其适用于模拟离散颗粒组合体在准静态或动态条件下的变形及破坏过程，可以应用于岩土、土力学、脆性材料加工、粉体压实和散体颗粒输送等领域。

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