三维可视化在矿山工程合作中的应用

矿山工程机械中有害振动及成因地面不平度激励引起的竖向线振动和纵摆角振动装载机、铲运机等这类自行式设备,通常均为刚性悬挂。与地面接触的弹性支承元件是四个充气轮胎。由于轮胎在各个方向上都具有一定的弹性和阻尼,所以一般情况下,系统具有6个自由度的振动,即沿x、y、z三根轴的线振动和绕这三根轴的角振动。为问题的简化并满足一般工程要求,可作如下假设:(1)机身无弹性变形;(2)整机在纵轴线的垂直平面内对称布置;(3)左、右轮辙的路况相同。这样,该机在行驶中的大多数工况下可以认为是两自由度振动系统,即作纵向垂直平面内的竖向线振动Z1和绕过重心横轴的纵摆角振动(或称俯仰振动)Z2。即为两自由度系统的振动力学模型。理论和应用实践均表明,这种竖向线振动和俯仰角振动不利于行驶平稳性。不仅会损害机器零、部件强度,而且使驾乘人员极不舒适。振动频率和幅值一旦超过人的耐受限,就会使人眩晕、疲乏。若长期工作在这种振动环境下,则将导致人的机械、生理和心理上的一系列健康问题,还会引起心血管系统、呼吸系统、消化系统、神经及感觉系统等等不同程度的组织、器官的不良反应,甚至出现机械损伤。轻则加剧疲劳,影响操作能力和工作质量,重则导致职业病。同时,振动还伴随有噪声,影响周围环境。无疑,振动对人、对环境的危害是不容忽视的。发动机激振源及传递为矿山工程机械提供动力的发动机是高速运转的核心部件。由于运转中发动机重心的周期移动,活塞等往复件沿气缸作上下运动时的惯心力、旋转运动件的离心惯心力、气体压力交替作用引起曲轴回转力矩的周期变化,以及机件因制造、装配误差而存在的间隙等种种原因,都将使发动机产生各种频率的复杂振动。因而,发动机是矿山工程机械的激振源。其振动通过联接件、支承件传递到机架、轮胎及其他部件上,同样会影响整机的可靠性和使用寿命。

矿山地质三维可视化就是利用三维计算机图形学的手段和方法再现矿山地质体及矿山工程在三维空间中的形态和分布,并对其进行综合分析和研究。三维地质体的可视化可以增强地质数据的表现力和可用性,改进对地质数据的理解和应用环境,提高信息的利用率和空间分析能力,为地质工作者在三维空间中观察、分析地质现象以及空间分布提供一种手段。因此,为解决矿山地质工作中数据表达、分析与利用的难题,进行三维矿山地质可视化研究具有重要的现实意义和实用价值。本文以露天矿山实际工程为例,从三维工程合作数据处理技术、数据空间插值技术、数据模型及数据结构的选择与设计等几方面探讨了三维可视化技术在矿山工程中的应用。矿山工程三维可视化建模的难点在地质体的三维模拟中,模拟的对象非常复杂,无明显规律可循,地质体的形态类型多、变化大,模拟对象所占据的空间变化范围非常大,尺寸由几十米到几十公里或更大。工程地质数据主要从钻孔资料得到,这些数据包括岩层划分、断层特征、岩土特性、水文地质等。地质数据反映了岩层的原始状况,或者说天然状况,是进行岩层可视化、模拟分析的主要数据。

法的计算循环同时用户可以根据实际情况采用某一种材料模型,也可以定义若干个区域,赋予不同的材料模型或者同种模型的不同参数值,来模拟复杂的地质情况。与有限元程序不同,程序可通过设定2个坐标点来设置锚杆单元,从而可较方便地设置混凝土衬砌和锚杆,而不受网格节点的影响。同时程序具有良好的前后处理功能,专门设计了一种类似批处理文件的算法语言,用于满足计算不同的岩土工程问题。命令提供了几十种计算结果的图形输出,该命令提供许多还能随时控制图形输出的线条、大小、颜色、显示模式等多项功能,使图形的输出形象生动。地下矿山采场巷道变形大多具有明显的大变形和时效变形特征,因此在数值计算中必须有效地解决这两个问题。程序在非线性大变形方面,体现了极大地优越性。它可以通过类似批处理文件的前处理设置()很好地解决,较其它有限元程序(、等)具有明显的优点,体现了变化速度快和灵活的特点。另一方面是数值模拟必须考虑时间因素的影响,但不能提供岩石流变模型,考虑到使用具有普遍性,为了能更好地利用程序,本文在对这方面进行完善补充,弥补这一缺陷,即采用变弹模法可以有效地实现时间因素对巷道变形影响的模拟。同时通过上述变弹模方法得到的模拟曲线,本文还对鲁中小官庄铁矿承压区破裂岩采场巷道围岩(矿柱)的稳定性随时间的变化规律,为进一步研究其巷道变形机理和指导巷道支护提供了很好地指导作用。