[发明专利]一种小煤柱三维立体力-固耦合模型及其构建方法、系统

权利要求书

1.一种小煤柱三维立体力-固耦合模型的构建系统，其特征在于，所述小煤柱三维立体力-固耦合模型的构建系统包括：

数据获取模块，与中央控制模块连接，用于通过煤样单轴压缩全过程试验装置进行煤柱样品力-固实验，并获取小煤柱样品的力学信号数据；

数据预处理模块，与中央控制模块连接，用于通过数据预处理程序对获取的力学信号数据进行预处理，获得预处理后的力学信号数据；

无线通信模块，与中央控制模块连接，用于通过无线通信装置将预处理后的力学信号数据发送至中央处理器进行相应处理，包括：

通过无线通信模块将预处理后的力学信号数据转换为数字量信号，采用复包络模型发送给中央处理器；其中，所述复包络模型为：第i路径的路径长为x_i，发射系数为a_i，接收到的带通信号为：

式中，c为光速，波长λ＝c/fc，提出公因子

接收信号的复包络表示为：

接收信号的复包络是衰减、相移和时延都不同的路径成分的总和：

式中，τ_i＝x_i/c为复包络模型；

中央控制模块，与数据获取模块、数据预处理模块、无线通信模块连接，用于通过中央处理器协调控制所述小煤柱三维立体力-固耦合模型的构建系统各个模块的正常运行。

2.如权利要求1所述的小煤柱三维立体力-固耦合模型的构建系统，其特征在于，所述小煤柱三维立体力-固耦合模型的构建系统，还包括：

中央控制模块，与数据集构建模块、耦合模型构建模块、模型训练模块、模型优化模块、数据存储模块、更新显示模块连接，用于通过中央处理器协调控制所述小煤柱三维立体力-固耦合模型的构建系统各个模块的正常运行；

数据集构建模块，与中央控制模块连接，用于通过数据集构建程序对预处理后的力学信号数据进行融合处理，获得力学信号数据集；

耦合模型构建模块，与中央控制模块连接，用于通过模型构建程序进行小煤柱三维立体力-固耦合模型的构建；

模型训练模块，与中央控制模块连接，用于通过模型训练程序利用力学信号数据集对所述小煤柱三维立体力-固耦合模型进行训练处理；

模型优化模块，与中央控制模块连接，用于通过模型优化程序对训练后的小煤柱三维立体力-固耦合模型进行优化处理，得到最终的小煤柱三维立体力-固耦合模型；

数据存储模块，与中央控制模块连接，用于通过存储器存储获取的小煤柱样品力学信号数据、预处理后的力学信号数据、力学信号数据集、小煤柱三维立体力-固耦合模型、训练数据以及模型优化处理结果；

更新显示模块，与中央控制模块连接，用于通过显示器对获取的小煤柱样品力学信号数据、预处理后的力学信号数据、力学信号数据集、小煤柱三维立体力-固耦合模型、训练数据以及模型优化处理结果的实时数据进行更新显示。

3.如权利要求1所述的小煤柱三维立体力-固耦合模型的构建系统，其特征在于，数据预处理模块中，所述通过数据预处理程序对获取的力学信号数据进行预处理，包括：

(1)利用改进的GrabCut算法对获取的力学信号数据进行分割；

(2)利用细化算法对分割后的力学信号数据进行细化处理；

(3)采用八邻域搜索算法对细化处理后的力学信号数据进行划分和筛选，获得预处理后的力学信号数据。

4.如权利要求2所述的小煤柱三维立体力-固耦合模型的构建系统，其特征在于，耦合模型构建模块中，所述通过模型构建程序进行小煤柱三维立体力-固耦合模型的构建，包括：

(1)根据煤样单轴压缩全过程试验装置获取的力学信号数据绘制不同加载速率下的应力-应变和应力-时间信号曲线；

(2)分析应力-应变曲线确定不同加载速率下煤样的抗压强度，统计得到不同加载速率下的声发射撞击数均值和振铃计数均值；

(3)基于不同加载速率下的声发射撞击数均值和振铃计数均值，利用Solidworks三维建模软件进行小煤柱三维立体力-固耦合模型的构建。