基于主应力迹线的应力场可视化方法研究

论文摘要

巷道塌陷、瓦斯突出等力学产生的问题,严重影响煤炭企业的安全生产。结合计算机应用技术对应力场进行有效的可视化,对分析应力场拓扑结构有着重要的研究意义。当前最常用的可视化方法是绘制应力分量的等值线图,但该方法不能有效反映出应力场的基本特征。主应力迹线是研究应力场可视化的一种重要手段,它能显示出应力场的全貌特征、反映应力的传递路径,并以此解释应力场结构与巷道失稳破坏、瓦斯突出等之间存在的关系及规律。论文借助计算机图形学中张量场可视化的相关方法,通过理论分析、算法设计,得出较为有效的主应力迹线绘制算法。本文主要研究内容如下:首先,针对无法用简单的方法确定应力张量的两个主应力方向所属族别的问题,论文根据应力场的连续性原则,设计了一种基于One-Class SVM的主应力向量分族算法,对应力场异常数据点进行修正,将所有已知点的两个主应力向量进行分族,从而使应力场的可视化问题转化为两个主应力向量场的可视化问题,为主应力迹线的绘制奠定基础。其次,通过分析退化点对应力场拓扑结构产生的影响,提出了一种基于实对称矩阵的退化点提取算法。该算法首先选取适当的退化点特征参数绘制等值线图,能够反映出应力场退化点位置及应力之间存在的联系。根据退化点与实对称矩阵的对应关系,结合变异系数来控制特征值参数的阈值,加快了算法提取退化点的速度。通过实验结果表明,该算法与SIFT算法相比,在执行效率上得到了显著的提升。最后,对传统的迹线绘制算法中存在迹线放置、迹线闭合等问题进行分析,提出了一种基于应力场拓扑结构的主应力迹线放置算法。该算法结合数值积分、虚拟网格、余弦相似度等方法,通过选取适当的种子点来快速绘制主应力迹线。为了进一步展示应力场结构和巷道失稳破坏的岩体结构之间存在的关系,将应力值、主应力迹线与颜色相结合,构造出三维模型用于显示应力场中的多特征信息。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 袁亚飞

导师: 罗晓霞,贾澎涛

关键词: 主应力迹线,向量场分族,退化点,虚拟网格

来源: 西安科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 力学,矿业工程,安全科学与灾害防治

单位: 西安科技大学

分类号: TD76;O344.1

总页数: 66

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标签：主应力迹线论文;  向量场分族论文;  退化点论文;  虚拟网格论文;