一種基于ct掃描的煤巖逆向化建模力學(xué)參數(shù)確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于數(shù)學(xué)計算方法領(lǐng)域，涉及煤巖逆向化建模力學(xué)參數(shù)確定方法，尤其涉 及一種基于CT掃描的煤巖逆向化建模力學(xué)參數(shù)確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤巖在細觀尺度上是非均勻材料，其物理力學(xué)性質(zhì)在空間上是非連續(xù)性。長期以 來的理論研宄是建立在均質(zhì)性的假設(shè)之上研宄巖石的力學(xué)性質(zhì)及變化過程，而非均質(zhì)性對 于煤巖的強度、應(yīng)力分布及破壞形式起著重要的作用。在煤巖非均勻性理論分析上，常采用 統(tǒng)計分布規(guī)律來描述。在對煤巖破壞形式的數(shù)值計算中，大部分學(xué)者是在煤巖非均質(zhì)性理 論分析的基礎(chǔ)之上來探討非均質(zhì)性對煤巖破壞形式的影響，例如Weibull分布以及以此為 基礎(chǔ)探討煤巖的非均質(zhì)性對其破壞形式影響的數(shù)值計算。介于煤巖試件中所含的礦物成份 比較復(fù)雜，為了真實的展現(xiàn)煤巖試件材料的非均質(zhì)性，一部分學(xué)者通過工業(yè)CT及逆向化三 維重建軟件來實現(xiàn)煤巖試件非均質(zhì)性的真實展現(xiàn)。但是，目前基于逆向化來探討非均質(zhì)性 對煤巖破裂形式影響的數(shù)值計算，并不能夠準確獲取各組份材料的參數(shù)，數(shù)值計算結(jié)果的 準確性有待考證?；谏鲜銮闆r，迫切需要一種簡單可靠，基于CT掃描的煤巖逆向化建模 力學(xué)參數(shù)確定方法，有效可提高煤巖內(nèi)部裂表征精度的基于CT掃描的受載煤巖損傷本構(gòu) 方程構(gòu)建方法，達到為基于CT掃描的逆向化三維重構(gòu)煤巖試件提供精確計算參數(shù)的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明運用游標卡尺及電子稱測出煤巖試件的基本尺寸a及煤巖試件質(zhì)量m并求 出煤巖試件體積V，利用公式V=a3、P= $計算出煤巖試件密度，采用超聲波探傷儀探測出 穿過煤巖試件橫波和縱波用時ts、tp，并利用公式
求出煤巖試件彈性模量E，CT掃描系統(tǒng)掃描煤巖試件得出二維灰度圖像，運用三維重建軟 件對煤巖試件內(nèi)部不同礦物成份的材料進行分組以及統(tǒng)計不同組份材料體積Vi，得出多個 煤巖試件基本參數(shù)后，運用公式Mi=mn+mi2+......+mj=p nVn+p i2Vi2+......+P i」V得出不 同組份材料密度Pw最終運用公5
導(dǎo)出不同組份材料的彈 性模量Ep達到為基于CT掃描的逆向化三維重構(gòu)煤巖試件提供精確計算參數(shù)的目的。為了 實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0004] 一種基于CT掃描的煤巖逆向化建模力學(xué)參數(shù)確定方法，其特征在于，包括如下步 驟：
[0005] (1)運用游標卡尺及電子稱測出煤巖試件的基本尺寸a、煤巖試件質(zhì)量m并求出煤 巖試件體積V，結(jié)合基本的計算公V=a3、P= ^7，計算得出煤巖試件的密度P。
[0006] (2)采用超聲波探傷儀，對煤巖試件進行超聲波實驗，分別以橫波、縱波穿過煤巖 試件。記錄下橫波及縱波穿過煤巖試件的時間，時間分別為：ts、tp，并計算出橫波及縱波波 速戈
W用公式
得出煤巖試件彈性模量E。
[0007] (3)利用CT掃描系統(tǒng)掃描煤巖試件得出二維灰度圖像，運用三維重建軟件利用二 維灰度圖像構(gòu)建三維重建模型，對三維重建模型內(nèi)部不同礦物成份的材料進行分組以及統(tǒng) 計不同組份材料體積Vi。
[0008] (4)結(jié)合煤巖試件質(zhì)量m、不同組份材料體積Vi及煤巖試件彈性模量E，首先運用 公式Mi=mn+mi2+......+mj=p nVn+p i2Vi2+......+P 計算出不同組份材料的密度P "， 得出不同組份材料密度Pw結(jié)合公3
:出不同組份材料 的彈性模量Ep
[0009] 與現(xiàn)有相關(guān)方法相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
[0010] 本發(fā)明提供了一種新的基于CT掃描的煤巖逆向化建模力學(xué)參數(shù)確定方法，測量 出煤巖試件基本尺寸、煤巖試件質(zhì)量并求出煤巖試件體積，然后對煤巖試件進行超聲波實 驗，利用相關(guān)公式推導(dǎo)出煤巖試件不同組份材料的參數(shù)，為基于CT掃描的逆向化三維重構(gòu) 煤巖試件數(shù)值計算提供精準參數(shù)。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明的煤巖試件體積求解過程圖；
[0012] 圖2為本發(fā)明的煤巖試件質(zhì)量求解過程圖；
[0013] 圖3為本發(fā)明的煤巖試件彈性模量求解過程圖；
[0014] 圖4為本發(fā)明的不同組份材料體積求解過程圖。
[0015] 圖中：1_煤巖試件；2-CT掃描系統(tǒng)；3-二維灰度圖像；4-三維重建軟件；5-三維 重建模型；6-不同組份材料體積Vi;7_游標卡尺；8-煤巖試件體積V;9_電子稱；10-煤巖 試件質(zhì)量m;11_超聲波探傷儀；12-煤巖試件彈性模量E。
【具體實施方式】
[0016] 結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4所示，一種基于CT掃描的煤巖逆向化建模力學(xué)參數(shù)確 定方法，包括煤巖試件1、CT掃描系統(tǒng)2、二維灰度圖像、三維重建軟件4、三維重建模型 5、不同組份材料體積Vi6、游標卡尺7、煤巖試件體積、電子稱9、煤巖試件質(zhì)量mlO、超聲 波探傷儀11、煤巖試件彈性模量E12,運用游標卡尺7及電子稱9測出煤巖試件1的基本 尺寸及煤巖試件質(zhì)量mlO并求出煤巖試件體積V8,利用公式V=a3、P= ^算出煤巖試 件密度，采用超聲波探傷儀11探測出穿過煤巖試件1橫波和縱波用時ts、tp，并利用公式
十算出煤巖試件彈性模量E12,CT掃描系統(tǒng)2掃描 煤巖試件1得出二維灰度圖像3,運用三維重建軟件4對煤巖試件1內(nèi)部不同礦物成份的材 料進行分組以及統(tǒng)計不同組份材料體積Vi6,得出多個煤巖試件1基本參數(shù)后，運用公式Mi =mil+mi2+......+mj=pnVn+pi2Vi2+......+PUV得出不同組份材料密度p最終運用公式
辱出不同組份材料的彈性模量Ep
[0017] 以某礦立方體非標準煤巖試件為例，闡述本發(fā)明具體步驟如下：
[0018] (1)運用游標卡尺7及電子稱9測出煤巖試件1的基本尺寸a、煤巖試件質(zhì)量mlO 并求出煤巖試件體積V8,結(jié)合基本的計算公式V=a3、P= ^，計算得出煤巖試件1的密度 P〇
[0019] (2)采用超聲波探傷儀11，對煤巖試件1進行超聲波實驗，分別以橫波、縱波穿過 煤巖試件1。記錄下橫波及縱波穿過煤巖試件1的時間，時間分別為：ts、tp，并計算出橫波 及縱波波速為
I巖試件彈性模量E12。
[0020] (3)利用CT掃描系統(tǒng)2掃描煤巖試件1得出二維灰度圖像3,運用三維重建軟件 4利用二維灰度圖像3構(gòu)建三維重建模型5,對三維重建模型5內(nèi)部不同礦物成份的材料進 行分組以及統(tǒng)計不同組份材料體積Vi6。
[0021] (4)結(jié)合煤巖試件質(zhì)量mlO、不同組份材料體積Vi6及煤巖試件彈性模量E12,首 先運用公式Mi=mn+mi2+......+mj=pnVn+pi2Vi2+......+PUV計算出不同組份材料的密 度Pw得出不同組份材料密度Pw結(jié)合公3:出不同組 份材料的彈性模量Ep
[0022] 當然，以上說明僅僅為本發(fā)明的較佳實施例，本發(fā)明并不限于列舉上述實施例，應(yīng) 當說明的是，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本說明書的教導(dǎo)下，所做出的所有等同替換、明 顯變形形式，均落在本說明書的實質(zhì)范圍之內(nèi)，理應(yīng)受到本發(fā)明的保護。
【主權(quán)項】
1. 一種基于CT掃描的煤巖逆向化建模力學(xué)參數(shù)確定方法，其特征在于，包括如下步 驟： (1) 運用游標卡尺及電子稱測出煤巖試件的基本尺寸a、煤巖試件質(zhì)量m并求出煤巖試 件體積V，結(jié)合基本的計算公V=a3、，計算得出煤巖試件的密度P。 (2) 采用超聲波探傷儀，對煤巖試件進行超聲波實驗，分別以橫波、縱波穿過煤巖試件。 記錄下橫波及縱波穿過煤巖試件的時間，時間分別為：ts、tp，并計算出橫波及縱波波速為1得出煤巖試件彈性模量E。 (3) 利用CT掃描系統(tǒng)掃描煤巖試件得出二維灰度圖像，運用三維重建軟件利用二維灰 度圖像構(gòu)建三維重建模型，對三維重建模型內(nèi)部不同礦物成份的材料進行分組以及統(tǒng)計不 同組份材料體積Vi。 (4) 結(jié)合煤巖試件質(zhì)量m、不同組份材料體積Vi及煤巖試件彈性模量E，首先運用公式 Mi=mil+mi2+......+mj= p nVn+p i2Vi2+......+ P"V計算出不同組份材料的密度P得出 不同組份材料密度Pm結(jié)合公式求出不同組份材料的彈 性模量Ep
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于CT掃描的煤巖逆向化建模力學(xué)參數(shù)確定方法，運用游標卡尺及電子稱測出煤巖試件的基本尺寸a及煤巖試件質(zhì)量m并求出煤巖試件體積V，利用公式V＝a3、計算出煤巖試件密度，采用超聲波探傷儀探測出穿過煤巖試件橫波和縱波用時ts、tp，并利用公式求出煤巖試件彈性模量E，CT掃描系統(tǒng)掃描煤巖試件得出二維灰度圖像，運用三維重建軟件對煤巖試件內(nèi)部不同礦物成份的材料進行分組以及統(tǒng)計不同組份材料體積Vi，得出多個煤巖試件基本參數(shù)后，運用公式Mi＝mi1+mi2+……+mj＝ρi1Vi1+ρi2Vi2+……+ρijV得出不同組份材料密度ρij，最終運用公式得出不同組份材料的彈性模量Ei，達到為基于CT掃描的逆向化三維重構(gòu)煤巖試件提供精確計算參數(shù)的目的。
【IPC分類】G01N3/00, G01N29/07, G01N23/04
【公開號】CN104990788
【申請?zhí)枴緾N201510374180
【發(fā)明人】趙毅鑫, 張通, 許多
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)(北京)
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年7月1日