[發明專利]一種泰森多邊體單元構建及劃分方法

在審

• 申請號: 202111566879.2
• 申請日: 2021-12-20
• 公開（公告）號: CN114239289A
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 邰陽;于斌;段宏飛;孟祥斌;張小榮;楊偉航;劉俊余;霍丙杰
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T17/10;G06T17/20;G06F119/14
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 張彩琴

本發明屬于采煤技術領域，具體為一種泰森多邊體單元構建及劃分方法，解決了背景技術中的技術問題，其首先，將巖層投影到超過上邊界圈范圍內并生成特定形狀的泰森多邊形；其次，特定形狀的泰森多邊形投影到巖層上表面并根據模擬所需要厚度拉伸泰森多邊形形成泰森多邊體；最后，在邊界上插入Cohesive單元。本發明彌補了現有的研究方法均存在的缺陷，可直觀顯示覆巖破斷運移過程、真實反演覆巖的三維破斷特征，用于真實準確的反演煤礦采場覆巖“O+X”破斷、“U+Y”破斷以及不規則破斷等，實現三維堅硬巖層破斷運移規律的動態可視化。

技術領域

本發明屬于采煤技術領域，涉及采場覆巖三維破斷運移規律，具體為一種泰森多邊體單元構建及劃分方法。

背景技術

實現煤炭安全高效開采就需要準確掌握采場覆巖三維破斷運移及應力場演化規律，在此基礎上分析采場應力演化與覆巖三維破斷運移的內在聯系，進而揭示工作面礦壓顯現機理。因此，弄清采場覆巖三維破斷運移規律是研究采場礦壓機理的前提，為此大量學者采用了多種研究手段揭示采場三維覆巖破斷運移規律。目前國內外學者采用了二維相似模擬、三維相似模擬、二維梁理論等多種手段研究采場覆巖破斷運移規律。然而，現有的研究方法均存在一定的缺陷，難以實現三維堅硬巖層破斷運移規律的動態可視化，即采礦內俗稱的“黑箱子”或者“灰箱子”問題。究其原因是相似模擬能夠實現三維巖層垮落，但是難以直觀顯示覆巖破斷運移過程，而現有的數值計算能夠直接觀測覆巖運移，但是難以真實反演覆巖的三維破斷特征。目前仍然缺少一種能夠真實準確的模擬采場三維巖層破斷垮落、直觀顯示破斷運移規律的數值計算方法。而在這個數值模擬方法中單元結構及網格劃分方法能夠反演覆巖“O+X”破斷、“U+Y”破斷以及不規則破斷等。為了達到這一目的，本發明提出一種泰森多邊體單元構建及劃分方法，能夠真實準確的反演覆巖“O+X”破斷、“U+Y”破斷以及不規則破斷等。

發明內容

本發明旨在解決現有的研究方法均存在一定的缺陷，難以實現三維堅硬巖層破斷運移規律的動態可視化的技術問題，提供了一種泰森多邊體單元構建及劃分方法，用于真實準確的反演煤礦采場覆巖“O+X”破斷、“U+Y”破斷以及不規則破斷等，實現三維堅硬巖層破斷運移規律的動態可視化。

本發明解決其技術問題采用的技術手段是：一種泰森多邊體單元構建及劃分方法，首先將巖層投影到超過上邊界圈范圍內并生成特定形狀的泰森多邊形；其次將特定形狀的泰森多邊形投影到巖層上表面并根據模擬所需要厚度拉伸泰森多邊形形成泰森多邊體；最后，在邊界上插入Cohesive單元.具體包括以下步驟：

a、將巖層上邊界投影到超過其投影范圍的水平面內；

b、在水平面內采用增添法不斷生成泰森多邊形，當泰森多邊形的數量超過m時，停止增加泰森多邊形；

c、采用表達式編寫Llody算法，并對泰森多邊形質心化程度進行p次反復調整；

d、將步驟c中的泰森多邊形投影到巖層上表面內，并對巖層上表面內的泰森多邊形進行n次逐層拉伸形成泰森多邊體；

e、對泰森多邊體進行網格劃分；

f、在泰森多邊體的四周插入Cohesive單元；

g、獲取巖層的單軸抗拉強度σ_t以及對應的拉應力-拉應變曲線；

h、獲取巖層的抗剪強度σ_τ以及對應的剪應力-剪應變曲線；

i、基于函數關系其中，K為彈性模量或剪切模量；σ_i為拉應力或者剪切應力；δ_i為拉伸或剪切位移；為拉伸或剪切彈性極限位移；為拉伸或剪切極限位移；d_i為剛度折減系數；σ_res為殘余強度；采用多段線性擬合方法，擬合步驟g和h中的拉應力-拉應變曲線和剪應力-剪應變曲線，獲取K、和σ_res值；