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金属矿山三维应力计算建模技术

梅婷婷;张电吉;周春梅;杨曼;王家国

【摘要】Accordingtothepre-processingfunctionofANSYSgeneralfiniteelementsoftware,3dgeologicalmodelingwasbuilt.Basedon3dgeologicalmodelingtheory,thepaperprobesmethodsof3dgeologicalmodelingandstepsofusingANSYSsoftwareinmines.Taketerrainmodelingasanexample,thebottom-upmodelingtechnologyissetforthindetailwhichcanbesummarizedasfollows:Point→Line→Area→Volume.Againstthedifficultiesinthemodelingprocess,suchasdataextractionandmodeldulysimplified,etc,thecorrespondingsolutionsareputforward.%基于ANSYS软件的前处理功能,建立三维地质体模型.从三维地质建模的理论出发,探讨了基于ANSYS软件的矿山三维地质建模的方法和步骤.以地表建模为例,详细阐明了ANSYS软件中从“点→线→面→体”自外而内、自底而上的建模技术.针对建模过程中所遇到的难点,包括数据获取、模型简化等,提出了相应的解决方法.

【期刊名称】《武汉工程大学学报》

【年(卷),期】2011(033)008

【总页数】5页(P68-72)

【关键词】ANSYS软件;三维地质体;建模技术;蒙皮法

【作者】梅婷婷;张电吉;周春梅;杨曼;王家国

【作者单位】武汉工程大学环境与城市建设学院,湖北武汉430074;武汉工程大学环境与城市建设学院,湖北武汉430074;武汉工程大学环境与城市建设学院,湖北武汉430074;武汉工程大学环境与城市建设学院,湖北武汉430074;湖北宜化集团矿业有限责任公司,湖北宜昌443000

【正文语种】中文

【中图分类】TD163.2

0引言

矿山三维地质体建模技术研究，是“数字地球”、“数字矿山”的核心组成部分，是现代矿山信息化研究的热点和难点.近年来，国内外学者吸收科学可视化、计算机图形图像学中的可视化技术在三维地质建模理论与方法方面进行了许多有益的探索[1].侯恩科[2]、吴立新、王占刚[3]、齐安文[4]、侯遵译[5]、张菊明[6]、柴贺军[7]、毛善军[8]等学者对建模理论和方法的研究和探讨，为三维可视化模型的研制和开发奠定了基础.针对金属矿山开挖的建模过程都极为复杂，尤其是建立三维实体模型，如果采取传统的建模方法，不仅需要花费大量的时间，而且还容易出现错误[9].FLAC3D在解决岩土问题上具有很大的优越性，是求解岩土工程问题的最理想工具之一,但是在模型建立以及单元网格划分等前处理方面却一直是软肋.相比之下，ANSYS通用有限元软件对于复杂模型的实体建模，其前处理功能优点尤为突出.笔者以“点→线→面→体”自底而上的实体建模技术路线为指导，以某金矿为应用实例，试图利用ANSYS软件对复杂工程地质体建立相应数值模型，再通过数据转化实现FLAC3D有限元模型的自动生成.针对建模过程中所遇到的诸如数据获取和模型简化等问题提出了具体的解决方法，以供其它类似矿山建立应力场计算模型时参考.

1实体建模理论与方法

目前，三维地质建模使用的方法基本是基于空间曲面插值拟合方法来实现，主要有趋势面分析法、克里格法、形函数法和人工神经网络模拟法等[10].本模型主要在形函数和趋势面分析法的理论基础上，借助ANSYS自底向上的建模技术，建立三维地质体模型.ANSYS各图元之间的关系如下：

(低→高)

1.1由关键点生成样条曲线

以研究目的为前提，对模型进行适当的简化，结合具体的资料，确定模型数据采样点(关键点)的数量及三维坐标.在ANSYS实体建模中，所有线均用非均匀有理B样条表示[11]，利用公式(1)对数据采样点进行插值计算，形成由关键点生成的样条曲线.

(1)

Pi为数据采样点；Ni,k(u)是k次规范B样条基函数；wi为权因子(权重系数)；若基函数的节点是非均匀的，则称为非均匀有理B样条.

1.2由样条曲线构造样条曲面

对于复杂金属矿山地表模型的建立，主要运用“蒙皮法”.蒙皮法传统上称为放样，其任务就是拟合一张曲面(即“皮”)，使其通过一组有序的