本技术涉及计算机，尤其涉及一种基于数字岩心的复杂孔隙岩体有限元建模方法及系统。
背景技术：
1、随着计算机技术的发展,数值方法成为一种有效的选择,被广泛应用于岩石的力学行为和破坏过程的研究，有助于揭示解释裂纹扩展的规律、细观孔隙结构演化过程。非均质性对岩石力学响应影响，为了使构建的数值模型更加真实反映岩石材料的非均匀特点，人们将非均质性引入到数值模型中，假设岩石材料的力学性质服从统计分布特征。然而，由于简化了岩石复杂的空间结构，且引入的随机参数是不确定的、主观的，高度依赖于统计分布参数。这意味着这些数值模型降低了数值模拟结果的准确性，很难准确重复岩石物理实验结果，实验结果可能无法提供研究人员在设计试验时所期望的现象和实验效果。可见，数值模拟的正确性及适应性在在很大程度上取决于所建立微观模型，只有模型的细观孔隙等结构空间分布能够反映岩样真实结构特征时，以及相应的力学参数赋予有足够的科学依据，而不是仅凭借主观臆想时，模拟结果才具有理论及应用价值。由于许多岩体具有高度不均匀的细观结构，使岩石细观结构表征和理论建模受到限制。因此，建立能够真实反映微孔隙发育特征的三维精确模型在数值模拟中将起到至关重要的作用。
2、相关技术采用传统的有限元法和离散元法对细观孔隙结构进行三维重建。但是复杂孔隙岩体孔隙多，细观孔隙结构更加复杂，孔隙直径主要集中在微米甚至纳米尺度，导致数字岩心模型中往往存在千万乃至数亿级别的像素点。无论是传统的有限元法还是离散元法建模，由于电脑算力限制，相关技术中基于数字岩心技术重构的数值模型远远小于试验尺寸，只适于用于研究试样微细观尺度下的力学行为。
技术实现思路
1、本技术实施例的主要目的在于提出一种基于数字岩心的复杂孔隙岩体有限元建模方法及系统，旨在实现减少复杂孔隙岩体建模的计算量，提高建模效率和精度。
2、为实现上述目的，本技术实施例的一方面提出了一种基于数字岩心的复杂孔隙岩体有限元建模方法，所述方法包括：
3、对复杂孔隙岩体试样进行ct扫描，得到ct扫描数据；其中，所述ct扫描数据包括ct图像和ct扫描参数；
4、对所述ct图像进行图像处理，得到二值化图像；
5、根据所述二值化图像建立岩石微观结构的原始三维数字岩心模型；
6、根据所述ct扫描参数、所述ct图像的尺寸和所述复杂孔隙岩体试样的实际尺寸，确定第一体素数据；
7、基于最近邻插值法和放缩因子，对所述第一体素数据进行重采样以减少体素数量，得到第二体素数据；
8、根据所述第二体素数据，生成第一复杂孔隙岩体有限元模型；
9、根据所述三维数字岩心模型和所述第一有限元模型的精度差异调整所述放缩因子，返回执行所述基于最近邻插值法和放缩因子，对所述第一体素数据进行重采样以减少体素数量，得到第二体素数据的步骤，直至所述三维数字岩心模型和所述第一有限元模型的精度差异符合预设条件，得到目标复杂孔隙岩体有限元模型。
10、在一些实施例中，所述对所述ct图像进行图像处理，得到二值化图像，包括以下步骤：
11、对所述ct图像进行灰度值优化，将每张所述ct图像的灰度值范围调整到过渡区灰度值范围，得到第一图像；
12、采用中值滤波方法滤除所述第一图像中的环状伪影和脉冲噪声，得到第二图像；
13、采用自适应阈值分割算法对所述第二图像进行二值化处理，得到二值化图像。
14、在一些实施例中，所述根据所述二值化图像建立岩石微观结构的原始三维数字岩心模型，包括以下步骤：
15、根据所述二值化图像，采用体渲染模型构建岩石微观结构的原始三维数字岩心模型。
16、在一些实施例中，所述根据所述ct扫描参数、所述ct图像的尺寸和所述复杂孔隙岩体试样的实际尺寸，确定第一体素数据，包括以下步骤：
17、根据ct扫描参数和所述ct图像的尺寸，确定体素点数量；
18、根据所述体素点数量和所述复杂孔隙岩体试样的实际尺寸，确定第一体素信息；其中，所述第一体素信息包括体素值、体素点数量和体素位置。
19、在一些实施例中，所述基于最近邻插值法和放缩因子，对所述第一体素数据进行重采样以减少体素数量，得到第二体素数据，包括以下步骤：
20、根据放缩因子，将所述二值化图像中的体素值直接映射到重采样图像中最近邻的体素位置，得到第二体素数据；其中，体素映射的表达式为：
21、
22、其中，t为目标尺寸；d为原始尺寸；f为放缩因子。
23、在一些实施例中，所述根据所述第二体素数据，生成第一复杂孔隙岩体有限元模型，包括以下步骤：
24、通过网格映射法，将所述第二体素数据转化为网格单元编号和节点信息；
25、根据所述网格单元编号和所述节点信息，生成初始复杂孔隙岩体有限元模型。
26、在一些实施例中，确定所述三维数字岩心模型和所述第一有限元模型的精度差异的步骤，包括以下步骤：
27、采用统计学方法和结构相似性指数算法，计算所述三维数字岩心模型和所述第一有限元模型的精度差异。
28、为实现上目的，本技术实施例的另一方面提出了一种基于数字岩心的复杂孔隙岩体有限元建模系统，所述系统包括：
29、第一模块，用于对复杂孔隙岩体试样进行ct扫描，得到ct扫描数据；其中，所述ct扫描数据包括ct图像和ct扫描参数；
30、第二模块，用于对所述ct图像进行图像处理，得到二值化图像；
31、第三模块，用于根据所述二值化图像建立岩石微观结构的原始三维数字岩心模型；
32、第四模块，用于根据所述ct扫描参数、所述ct图像的尺寸和所述复杂孔隙岩体试样的实际尺寸，确定第一体素数据；
33、第五模块，用于基于最近邻插值法和放缩因子，对所述第一体素数据进行重采样以减少体素数量，得到第二体素数据；
34、第六模块，用于根据所述第二体素数据，生成第一复杂孔隙岩体有限元模型；
35、第七模块，用于根据所述三维数字岩心模型和所述第一有限元模型的精度差异调整所述放缩因子，返回执行所述基于最近邻插值法和放缩因子，对所述第一体素数据进行重采样以减少体素数量，得到第二体素数据的步骤，直至所述三维数字岩心模型和所述第一有限元模型的精度差异符合预设条件，得到目标复杂孔隙岩体有限元模型。为实现上述目的，本技术实施例的另一方面提出了一种电子设备，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现前面所述的方法。
36、为实现上述目的，本技术实施例的另一方面提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前面所述的方法。
37、本技术实施例至少包括以下有益效果：本技术提供一种基于数字岩心的复杂孔隙岩体有限元建模方法及系统，该方案通过对体素数据进行重采样减少了体素数量，减少了计算量，提高了建模效率。并且根据不同放缩因子下的数字岩心模型与原始模型的精度差异调整放缩因子，权衡计算效率和模型精度之间的关系，在提高建模效率的同时保证了模型精度。
1.一种基于数字岩心的复杂孔隙岩体有限元建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述ct图像进行图像处理，得到二值化图像，包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述二值化图像建立岩石微观结构的原始三维数字岩心模型，包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述ct扫描参数、所述ct图像的尺寸和所述复杂孔隙岩体试样的实际尺寸，确定第一体素数据，包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于最近邻插值法和放缩因子，对所述第一体素数据进行重采样以减少体素数量，得到第二体素数据，包括以下步骤：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二体素数据，生成第一复杂孔隙岩体有限元模型，包括以下步骤：
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述三维数字岩心模型和所述第一有限元模型的精度差异的步骤，包括以下步骤：
8.一种基于数字岩心的复杂孔隙岩体有限元建模系统，其特征在于，包括：
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器以及存储器；
10.一种计算机存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，其特征在于，所述处理器可执行的程序在由所述处理器执行时用于实现如权利要求1至7任一项所述的方法。
