三維可視化在礦山工程合作中的應用

礦山工程機械中有害振動及成因地面不平度激勵引起的豎向線振動和縱擺角振動裝載機、鏟運機等這類自行式設備,通常均為剛性懸掛。與地面接觸的彈性支承元件是四個充氣輪胎。由于輪胎在各個方向上都具有一定的彈性和阻尼,所以一般情況下,系統具有6個自由度的振動,即沿x、y、z三根軸的線振動和繞這三根軸的角振動。為問題的簡化并滿足一般工程要求,可作如下假設:(1)機身無彈性變形;(2)整機在縱軸線的垂直平面內對稱布置;(3)左、右輪轍的路況相同。這樣,該機在行駛中的大多數工況下可以認為是兩自由度振動系統,即作縱向垂直平面內的豎向線振動Z1和繞過重心橫軸的縱擺角振動(或稱俯仰振動)Z2。即為兩自由度系統的振動力學模型。理論和應用實踐均表明,這種豎向線振動和俯仰角振動不利于行駛平穩性。不僅會損害機器零、部件強度,而且使駕乘人員極不舒適。振動頻率和幅值一旦超過人的耐受限,就會使人眩暈、疲乏。若長期工作在這種振動環境下,則將導致人的機械、生理和心理上的一系列健康問題,還會引起心血管系統、呼吸系統、消化系統、神經及感覺系統等等不同程度的組織、器官的不良反應,甚至出現機械損傷。輕則加劇疲勞,影響操作能力和工作質量,重則導致職業病。同時,振動還伴隨有噪聲,影響周圍環境。無疑,振動對人、對環境的危害是不容忽視的。發動機激振源及傳遞為礦山工程機械提供動力的發動機是高速運轉的核心部件。由于運轉中發動機重心的周期移動,活塞等往復件沿氣缸作上下運動時的慣心力、旋轉運動件的離心慣心力、氣體壓力交替作用引起曲軸回轉力矩的周期變化,以及機件因制造、裝配誤差而存在的間隙等種種原因,都將使發動機產生各種頻率的復雜振動。因而,發動機是礦山工程機械的激振源。其振動通過聯接件、支承件傳遞到機架、輪胎及其他部件上,同樣會影響整機的可靠性和使用壽命。

礦山地質三維可視化就是利用三維計算機圖形學的手段和方法再現礦山地質體及礦山工程在三維空間中的形態和分布,并對其進行綜合分析和研究。三維地質體的可視化可以增強地質數據的表現力和可用性,改進對地質數據的理解和應用環境,提高信息的利用率和空間分析能力,為地質工作者在三維空間中觀察、分析地質現象以及空間分布提供一種手段。因此,為解決礦山地質工作中數據表達、分析與利用的難題,進行三維礦山地質可視化研究具有重要的現實意義和實用價值。本文以露天礦山實際工程為例,從三維工程合作數據處理技術、數據空間插值技術、數據模型及數據結構的選擇與設計等幾方面探討了三維可視化技術在礦山工程中的應用。礦山工程三維可視化建模的難點在地質體的三維模擬中,模擬的對象非常復雜,無明顯規律可循,地質體的形態類型多、變化大,模擬對象所占據的空間變化范圍非常大,尺寸由幾十米到幾十公里或更大。工程地質數據主要從鉆孔資料得到,這些數據包括巖層劃分、斷層特征、巖土特性、水文地質等。地質數據反映了巖層的原始狀況,或者說天然狀況,是進行巖層可視化、模擬分析的主要數據。

法的計算循環同時用戶可以根據實際情況采用某一種材料模型,也可以定義若干個區域,賦予不同的材料模型或者同種模型的不同參數值,來模擬復雜的地質情況。與有限元程序不同,程序可通過設定2個坐標點來設置錨桿單元,從而可較方便地設置混凝土襯砌和錨桿,而不受網格節點的影響。同時程序具有良好的前后處理功能,專門設計了一種類似批處理文件的算法語言,用于滿足計算不同的巖土工程問題。命令提供了幾十種計算結果的圖形輸出,該命令提供許多還能隨時控制圖形輸出的線條、大小、顏色、顯示模式等多項功能,使圖形的輸出形象生動。地下礦山采場巷道變形大多具有明顯的大變形和時效變形特征,因此在數值計算中必須有效地解決這兩個問題。程序在非線性大變形方面,體現了極大地優越性。它可以通過類似批處理文件的前處理設置()很好地解決,較其它有限元程序(、等)具有明顯的優點,體現了變化速度快和靈活的特點。另一方面是數值模擬必須考慮時間因素的影響,但不能提供巖石流變模型,考慮到使用具有普遍性,為了能更好地利用程序,本文在對這方面進行完善補充,彌補這一缺陷,即采用變彈模法可以有效地實現時間因素對巷道變形影響的模擬。同時通過上述變彈模方法得到的模擬曲線,本文還對魯中小官莊鐵礦承壓區破裂巖采場巷道圍巖(礦柱)的穩定性隨時間的變化規律,為進一步研究其巷道變形機理和指導巷道支護提供了很好地指導作用。