基于虚拟现实技术模拟地质力学模型试验系统搭建方法

本发明涉及虚拟现实模拟仿真领域，更具体的说是涉及一种基于虚拟现实技术模拟地质力学模型试验系统搭建方法。

背景技术：

1、模型实验指的是实体试验，通过在比例缩小或等比模型上进行相应的试验，获取相关数据及检查设计缺陷。在采用适当比例和相似材料制成的与原型相似的试验结构寸(或构件)上施加比例荷载，使模型受力后再演原型结构实际工作的结构试验。

2、地质力学模型试验具有一些优点，例如周期短，频率高且容易监测。地质力学模型试验操作繁琐复杂，但试验仪器设备成本过高，存在人为不确定因素，难度系数高的技术问题等相关因素导致在试验过程中试验数据的不可靠性和试验安全隐患等，很难达到理想效果。

3、但随着虚拟现实技术的发展，将虚拟现实技术运用到大型物理模型试验中去形成虚拟试验。虚拟试验操作时间大大缩短，真实还原了试验操作情形，使用者可以完全控制试验类似智能手机操作，改变试验条件，监控试验结果，并且使用者能够从相应操作经历中获取经验，从而扩充认知知识，加深对试验内容的了解。

4、公布号为cn101482451a的发明专利申请，公开了一种整车道路虚拟试验系统，试验系统设有试验参数加载模块、虚拟试验模块、评价模块，克服了现有技术中传统整车道路试验方法的不足。公布号为cn110825229a的发明专利申请，公开了一种基于虚拟现实技术模拟三轴试验的系统，能够模拟三轴试验，具有给实验者带去更真实的操作体验，提高感性认知的优点。公布号为cn110428689a的发明专利申请，发明了一种用于机场火灾模拟的虚拟现实系统，用于多个使用者模拟机场火灾，能够提供视觉、听觉、温度、碰撞等多种感觉的模拟体验，提高了体验效果。

5、已有的虚拟现实系统各有特点，但无法进行不同地层、配料输料、3d打印、传感器铺设、煤层回采、废料回收的模拟，存在着局限性。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于虚拟现实技术模拟地质力学模型试验系统搭建方法，以解决背景技术中存在的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于虚拟现实技术模拟地质力学模型试验系统搭建方法，包括以下步骤：

4、搭建虚拟现实技术模拟地质力学模型试验平台；

5、根据用户选择的地质力学模型试验的类型，从数据库中获取模拟试验所需的模型数据信息；

6、根据模型数据信息，生成大型地下工程模拟仿真模型；

7、基于虚拟现实技术对大型地下工程模拟仿真模型进行操作，实现人与系统的交互。

8、可选的，所述模型数据信息包括煤层开采模型元素信息、地层模型元素信息、材料配比数据信息；不同的模型数据信息对应生成不同地表的模拟试验模型。

9、可选的，所述模型数据信息包括不同地层的地质岩性和所需相似材料的配比用量，用于选择模拟不同地层。

10、可选的，大型地下工程模拟仿真模型包括相似材料混合搅拌部分，混合搅拌机半透明化，材料进入搅拌机螺旋搅拌，进行搅拌展示。

11、可选的，大型地下工程模拟仿真模型包括缓存罐备料部分，真空上料机用于向缓存管内输料，输料竖梁沿第一滑移轨道移动，缓存罐沿竖向轨道上下移动，为打印存料箱补料。

12、可选的，大型地下工程模拟仿真模型包括废料回收部分，废料回收装置与振动压实装置更换，自上而下进行破岩，破岩后的废料进入废料仓，框架内岩体实时减少，回收仓内废料实时增加。

13、可选的，大型地下工程模拟仿真模型还包括煤层回采部分，通过控制柜进行回采参数设置，不同的参数设置产生不同的交互效果；裂隙发育和注水渗流的实时动图展示、多元数据感知融合中曲线应力、位移数据与曲线的实时更新。

14、可选的，大型地下工程模拟仿真模型还包括安装采煤机部分，用于进行挡板条的拆除、开挖顺槽、采煤框架插入顺槽，采煤框架与滑移框架连接，完成安装。

15、可选的，大型地下工程模拟仿真模型还包括顶梁加载部分，第二滑移轨道用于向外翻转，顶部加载机构可移入框架上方通过液压站控制油压通过油缸进行加载，动画演示加载细节；液压站用于打开前、后门进行内部查看与油压设定。

16、可选的，大型地下工程模拟仿真模型还包括考试系统，屏幕中出现考题，以选择题形式考察操作人员，答题时间不限，结果会通过与题库答案进行对比，并在系统时间24小时以内向用户提交结果。

17、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种基于虚拟现实技术模拟地质力学模型试验系统搭建方法，无需现场试验，实验者可以通过虚拟现实系统进行不同地层、配料输料、3d打印、传感器铺设、煤层回采、废料回收的模拟，更方便、深刻地理解试验。

技术特征：

1.一种基于虚拟现实技术模拟地质力学模型试验系统搭建方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实技术模拟地质力学模型试验系统搭建方法，其特征在于，所述模型数据信息包括煤层开采模型元素信息、地层模型元素信息、材料配比数据信息；不同的模型数据信息对应生成不同地表的模拟试验模型。

3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实技术模拟地质力学模型试验系统搭建方法，其特征在于，所述模型数据信息包括不同地层的地质岩性和所需相似材料的配比用量，用于选择模拟不同地层。

4.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实技术模拟地质力学模型试验系统搭建方法，其特征在于，大型地下工程模拟仿真模型包括相似材料混合搅拌部分，混合搅拌机半透明化，材料进入搅拌机螺旋搅拌，进行搅拌展示。

5.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实技术模拟地质力学模型试验系统搭建方法，其特征在于，大型地下工程模拟仿真模型包括缓存罐备料部分，真空上料机用于向缓存管内输料，输料竖梁沿第一滑移轨道移动，缓存罐沿竖向轨道上下移动，为打印存料箱补料。

6.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实技术模拟地质力学模型试验系统搭建方法，其特征在于，大型地下工程模拟仿真模型包括废料回收部分，废料回收装置与振动压实装置更换，自上而下进行破岩，破岩后的废料进入废料仓，框架内岩体实时减少，回收仓内废料实时增加。

7.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实技术模拟地质力学模型试验系统搭建方法，其特征在于，大型地下工程模拟仿真模型还包括煤层回采部分，通过控制柜进行回采参数设置，不同的参数设置产生不同的交互效果；裂隙发育和注水渗流的实时动图展示、多元数据感知融合中曲线应力、位移数据与曲线的实时更新。

8.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实技术模拟地质力学模型试验系统搭建方法，其特征在于，大型地下工程模拟仿真模型还包括安装采煤机部分，用于进行挡板条的拆除、开挖顺槽、采煤框架插入顺槽，采煤框架与滑移框架连接，完成安装。

9.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实技术模拟地质力学模型试验系统搭建方法，其特征在于，大型地下工程模拟仿真模型还包括顶梁加载部分，第二滑移轨道用于向外翻转，顶部加载机构可移入框架上方通过液压站控制油压通过油缸进行加载，动画演示加载细节；液压站用于打开前、后门进行内部查看与油压设定。

10.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实技术模拟地质力学模型试验系统搭建方法，其特征在于，大型地下工程模拟仿真模型还包括考试系统，屏幕中出现考题，以选择题形式考察操作人员，答题时间不限，结果会通过与题库答案进行对比，并在系统时间24小时以内向用户提交结果。

技术总结
本发明公开了一种基于虚拟现实技术模拟地质力学模型试验系统搭建方法，涉及虚拟现实模拟仿真领域。本发明包括以下步骤：搭建虚拟现实技术模拟地质力学模型试验平台；根据用户选择的地质力学模型试验的类型，从数据库中获取模拟试验所需的模型数据信息；根据模型数据信息，生成大型地下工程模拟仿真模型；基于虚拟现实技术对大型地下工程模拟仿真模型进行操作，实现人与系统的交互。本发明无需现场试验，实验者可以通过虚拟现实系统进行不同地层、配料输料、3D打印、传感器铺设、煤层回采、废料回收的模拟，更方便、深刻地理解试验。

技术研发人员：李梦天,李术才,王汉鹏,郭文婷,张冰,邢文彬,孙德康
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15