[发明专利]融合复杂地质环境的掘锚一体机数值耦合仿真方法

说明书

本发明公开一种融合复杂地质环境的掘锚一体机数值耦合仿真方法，该方法利用地质勘测数据，快速构建掘锚一体机工作环境的地质环境煤岩几何与性能高保真模型，根据工程掘进要求，构建在巷道掘进的掘锚一体机与复杂地质环境耦合掘进模型，利用改进经验公式与三维线性插值法，快速计算耦合过程中的掘锚一体机截割滚筒的三向截割阻力与截割扭矩，将计算得到的耦合载荷输入到截割大臂进行结构仿真分析，快速得到载荷对装备状态性能响应值。本发明构建了复杂地质环境耦合的掘锚一体机装备仿真模型，快速计算耦合过程中的载荷与地质环境对装备状态性能的影响，该方法可用于解决现有掘锚一体机装备难以与地质环境进行耦合的难题。

技术领域

本发明涉及地下工程装备掘锚一体机领域，具体涉及一种地下工程装备掘锚一体机运行过程中的地质环境与装备之间的扰动与相互耦合方法，尤其涉及一种融合复杂地质环境的掘锚一体机数值耦合仿真快速计算方法。

背景技术

由于地下工程装备掘锚一体机作业过程中受到多物理场作用，地质条件、水文信息多变，服役环境极为复杂。掘锚一体机装备本身零部件数量多、整机运行精度要求高，在全生命周期中几何、结构、性能演化多变，装备系统极为复杂，现有的掘锚一体机装备载荷数值计算方法没有考虑地质环境耦合对装备性能的影响，无法准确评估装备运行过程中关键部件所受多物理场的响应，易造成装备关键部件的故障，严重影响掘锚一体机实际运行效率。因此，需要一种复杂地质环境耦合对掘锚一体机装备关键部件的耦合载荷的快速计算仿真的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种融合复杂地质环境的掘锚一体机数值耦合仿真方法。本发明考虑了复杂地质环境对掘锚一体机装备实际运行过程造成的扰动效应，通过建立高保真地质环境模型，掘锚一体机与服役环境的耦合模型，通过三维线性插值法与改进经验公式法实时快速计算得到耦合载荷数据，并将载荷数据输入到掘锚一体机关键部件截割大臂的有限元结构仿真分析模型，计算耦合载荷作用下装备性能状态响应值，在保证安全性能条件下，可实时调整状态运行参数，实现掘锚一体机装备智能实时高效掘进。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种融合复杂地质环境的掘锚一体机数值耦合仿真方法，包括如下步骤：

S1：根据实际地质勘测数据与大数据地质信息库，利用克里金插值算法，构建掘锚一体机掘进的高保真煤岩几何模型与性能模型T；

S2：根据工程掘进要求，利用掘锚一体机截割煤岩运动特性，建立融合复杂地质环境的掘锚一体机巷道掘进耦合模型；

S3：利用S1的高保真煤岩几何模型与性能模型T与S2的掘锚一体机巷道掘进耦合模型，构建掘锚一体机与复杂地质环境耦合的截割载荷计算模型，实时快速计算得到截割滚筒截割载荷；

S4：根据S3中获得的截割载荷数据，实时更新输入到掘锚一体机关键部件截割大臂的结构仿真分析模型中，并计算得到特定时刻t时，复杂地质环境对掘锚一体装备性能状态响应值；

S5：建立截割大臂的性能状态响应值阈值，将S4步骤计算得到的截割大臂的性能状态响应值与阈值进行比较，若超出阈值，实时循环更新调整装备运行参数。

进一步的，所述S1中高保真煤岩几何模型尺寸根据实际掘进地质环境的大小来确定尺寸参数P=（），高保真煤岩模型的性能模型T=[]，其中（x, y, z）代表不同掘进位置处的煤岩坐标，f代表该掘进位置处的煤岩自身强度属性系数。

进一步的，所述S2具体包括如下步骤：

S2.1：调整掘锚一体机装备与煤岩模型进行接触，掘锚一体机的截割滚筒在巷道位置进行掘进；