本書首次繫統介紹了非規則顆粒形態的獲取、表征和評價的近期新方法，以及作者近年提出的模擬非規則二維和三維顆粒力學行為方法。本書內容為相關研究領域的近期新成果，可為顆粒材料、岩土工程等專業的研究生和科研工作者提供重要參考。

●第1章引言
1.1顆粒物質
1.2顆粒幾何形態
1.2.1幾何形態的分類
1.2.2傳統評價方法
1.2.3基於計算幾何的評價方法
1.3幾何形態對顆粒材料物理力學特性的影響
1.3.1物理試驗研究
1.3.數值模擬研究
參考文獻
第2章非規則顆粒形態獲取
2.1非規則顆粒二維形態獲取
2.1.1二維數字圖像獲取
2.1.2二維數字圖像的傳統處理方法
2.1.3二維數字圖像的機器視覺處理方法
2.2非規則顆粒三維形態獲取
2.2.1結構光掃描技術
2.2.2X-ray斷層掃描技術
2.2.3近景攝影測量技術
參考文獻
第3章非規則顆粒幾何形態重構
3.1二維星形顆粒幾何形態重構
3.1.1輪廓點的坐標轉換
3.1.2極坐標繫下極徑的傅裡葉展開與重構
3.2二維非星形顆粒幾何形態重構
3.2.1非星形顆粒輪廓點的弧長參數化
3.2.2輪廓點x、y坐標的傅裡葉級數展開和重構
3.2.3傅裡葉總階數和極角間距對非星形顆粒輪廓重構的影響
3.3三維星形顆粒幾何形態重構
3.3.1點雲數據的坐標轉換
3.3.2極坐標繫下極徑的球諧展開與重構
3.4三維非星形顆粒幾何形態重構
3.4.1非星形顆粒表面點坐標的球面參數化
3.4.2顆粒表面點（x，y，z）坐標的球諧函數展開與重構
3.4.3球諧函數總階數N和網格密度對非星形顆粒重構精度的影響
參考文獻
第4章非規則顆粒形態評價
4.1二維非規則顆粒形態評價指標定義及計算方法
4.1.1主尺度
4.1.2細長度
4.1.3圓形度
4.1.4凹凸度
4.1.5磨圓度
4.1.6稜角度
4.1.7粗糙度
4.2二維非規則顆粒形態評價實例
4.2.1磨圓度評價實例
4.2.2稜角度評價實例
4.2.3碎石與卵石顆粒的二維形態對比分析
4.2.4砂顆粒與浮石顆粒的二維形態對比分析
4.3三維非規則顆粒形態評價指標定義及計算方法
4.3.1主尺度
4.3.2細長度與扁平度
4.3.3球形度
4.3.4凹凸度
4.3.5磨圓度
4.3.6稜角度
4.3.7粗糙度
4.4三維非規則顆粒形態評價實例
4.4.1三維稜角度評價實例
4.4.2碎石與卵石顆粒的三維形態對比分析
4.4.3平潭砂顆粒的三維形態分析
4.5非規則顆粒二維指標與三維指標的相關性分析
4.5.1三維顆粒投影到二維平面
4.5.2平潭砂顆粒二維投影輪廓形態指標分析
4.5.3平潭砂顆粒三維形態指標與二維形態指標相關性分析
4.5.4從隨機投影二維形態指標預測三維形態特征的算法
參考文獻
第5章非規則顆粒隨機生成
5.1二維星形顆粒隨機生成
5.1.1基於極徑傅裡葉級數展開的二維顆粒輪廓生成方法
5.1.2傅裡葉繫數與二維顆粒形態指標的相關性
5.1.3基於逆蒙特卡羅的二維顆粒形態控制
5.2二維非星形顆粒隨機生成
5.2.1一階傅裡葉繫數之間的內在關繫
5.2.2隨機傅裡葉繫數的生成
5.2.3控制細長度的顆粒生成
5.2.4傅裡葉總階數N對生成顆粒形態的影響
5.3三維星形顆粒隨機生成
5.3.1基於極徑球諧函數展開的三維顆粒生成
5.3.2球諧繫數與三維顆粒形態指標的相關性
5.3.3三維非規則星形顆粒形態控制與生成示例
5.4三維非星形顆粒隨機生成
5.4.1一階球諧繫數之間的內在關繫
5.4.2球諧繫數的隨機生成
參考文獻
第6章非規則顆模擬方法
6.方法基本原理
6.1.1基本假設
6.1.2計算循環
6.2二維星形顆模擬方法
6.2.1顆粒輪廓表示
6.2.2接觸判定
6.2.3接觸力作用點及方向
6.2.4接觸力計算
6.2.5運動方程
6.2.6時間積分方法
6.2.7分析實例
6.3二維非星形顆模擬方法
6.3.1基於混合B樣條曲線的顆粒輪廓表示
6.3.2顆粒輪廓凸角、凹角和平坦區域的自動識別
6.3.3顆粒輪廓的圓弧擬合
6.3.4顆粒的質量、質心和轉動慣量
6.3.5接觸判定
6.3.6接觸力計算
6.3.7分析實例
6.4三維星形顆模擬方法
6.4.1坐標繫與歐拉角的約定
6.4.2顆粒的質量與慣量張量
6.4.3接觸判定
6.4.4接觸力作用點及方向
6.4.5接觸力計算
6.4.6運動方程
6.4.7時間積分方法
6.4.8分析實例
6.5三維非星形顆模擬方法
6.5.1顆粒輪廓表示
6.5.2接觸判定
6.5.3接觸力計算
6.5.4分析實例
參考文獻

顆粒物質在自然界和人類生產與生活中廣泛存在，其物理力學特性與幾何形態有著密切的聯繫。近年來，人們對非規則顆粒形態表征的研究經歷了從定性到定量、從星形顆粒到非星形顆粒、從單一形狀指標評價到整體形態重構與評價的過程；在非規則顆粒研究方面，則從間接模擬幾何形態和接觸作用向直接模擬轉變。在這一發展過程中，基於傅裡葉級數和球諧函數的計算幾何方法的引入具有重要意義。本書較繫統地介紹了非規則顆粒形態表征模擬方法的研究進展，全書共分為6章，包括：引言；非規則顆粒形態獲取；非規則顆粒幾何形態重構；非規則顆粒形態評價；非規則顆粒隨機生成；非規則顆模擬方法。本書可作為物理、力學、土木、水利、化工、農業等領域從事顆粒材料研究及工程應用的科研人員，以及高等院校相關專業學生的參考用書。

蘇棟,王翔 著