(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111566879.2 (22)申请日 2021.12.20 (71)申请人 重庆大学 地址 400030 重庆市沙坪坝区正 街174号 (72)发明人 邰阳　于斌　段宏飞　孟祥斌　 张小荣　杨伟航　刘俊余　霍丙杰　 (74)专利代理 机构 太原科卫专利事务所(普通 合伙) 1410 0 代理人 张彩琴 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06T 17/10(2006.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种泰森多边体单 元构建及划分方法 (57)摘要 本发明属于采煤技术领域， 具体为一种泰森 多边体单元构建及划分方法， 解决了背景技术中 的技术问题， 其首先， 将岩层投影到超过上边界 圈范围内并生成特定形状的泰森多边形； 其次， 特定形状的泰森多边形投影到岩层上表面并根 据模拟所需要厚度拉伸泰森多边形形成泰森多 边体； 最后， 在边界上插入Coh esive单元。 本发明 弥补了现有的研究方法均存在的缺陷， 可直观显 示覆岩破断运移过程、 真实反演覆岩的三维破断 特征， 用于真实准确的反演煤矿采场覆岩 “O+X” 破断、“U+Y”破断以及不规则破断等， 实现三维坚 硬岩层破断运移规 律的动态可视化。 权利要求书2页 说明书5页 附图5页 CN 114239289 A 2022.03.25 CN 114239289 A 1.一种泰 森多边体单 元构建及划分方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： a、 将岩层(1)上边界(2)投影到超过其投影范围的水平面(3)内； b、 在水平面(3)内采用增添法不断生成泰森多边形(4)， 当泰森多边形(4)的数量超过m 时， 停止增 加泰森多边形(4)； c、 采用 表达式编写Llody算法， 并对泰森多边形(4)质心 化程度进行p次反复调整； d、 将步骤c中的泰森多边形(4)投影到岩层(1)上表面(5)内， 并对岩层(1)上表面(5)内 的泰森多边形(4)进行n次逐层拉伸形成泰 森多边体(6)； e、 对泰森多边体(6)进行网格划分； f、 在泰森多边体(6)的四周插 入Cohesive 单元(7)； g、 获取岩层(1)的单轴抗拉强度σt以及对应的拉应力 ‑拉应变曲线； h、 获取岩层(1)的抗剪强度στ以及对应的剪应力 ‑剪应变曲线； i、 基于函数关系 其中， K为弹性模量或剪切模量； σi为拉 应力或者剪切应力； δi为拉伸或剪切位移； 为拉伸或剪切弹性极限位移； 或剪 切极限位移； di为刚度折减系数； σres为残余强度； 采用多段线性拟合方法， 拟合步骤g和h中 的拉应力 ‑拉应变曲线和剪应力 ‑剪应变曲线， 获取 K、 和σres值； j、 对步骤f中的Cohesive单元(7)赋予双线性牵引力分离准则， 并将步骤i中的K、 和σres值输入双线性牵引力分离准则中； k、 将混合模式幂函数失效准则赋予Cohesive 单元(7)。 2.根据权利要求1所述的一种泰森多边体单元构建及划分方法， 其特征在于： 步骤b中 泰森多边形的数量m与岩层完整性k、 岩层最长特征尺寸L1和最短特征尺寸L2相关： 当k≥ 0.75时， 当0.55≤k<0.75时， 当0.15≤k<0.55时， 当k< 0.15时， 式中[]表示取整。 3.根据权利要求1所述的一种泰森多边体单元构建及划分方法， 其特征在于： 步骤c中 对泰森多边形质心化调整次数p与 岩层完整性k相关： 当k≥0.75时， p＝25； 当0.55≤k<0.75 时， p＝10； 当0.15 ≤k<0.55时， p＝5； 当k< 0.15时， p＝2。 4.根据权利要求1所述的一种泰森多边体单元构建及划分方法， 其特征在于： 步骤d中 的泰森多边形逐层拉伸次数n与岩层(1)的普氏系数f相关， 关系为： 当0<f<8时， n＝5； 当8≤ f<12时， n ＝4； 当f≥12时， n ＝3。 5.根据权利要求1所述的一种泰森多边体单元构建及划分方法， 其特征在于： 步骤e中权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114239289 A 2网格尺寸q与岩层最短特 征尺寸L2存在的关系为： 6.根据权利要求1所述的一种泰森多边体单元构建及划分方法， 其特征在于： 步骤k中 混合模式幂函数失效准则表达式为： 式中 GIC为拉伸方向 断裂能； GIIC为第一方向剪切断裂 能； GIIIC为第二方向剪切断裂能。 7.根据权利要求1～6任一项所述的一种泰森多边体单元构建及划分方法， 其特征在 于： 步骤e中， 基于ABAQUS的开发平台采用网格尺寸为q的六面体或者三棱柱对泰森多边体 进行网格划分。 8.根据权利要求1～6任一项所述的一种泰森多边体单元构建及划分方法， 其特征在 于： 步骤f中， 对泰森多边体的四周插入Cohesive单元(7)是基于ABAQUS的开发平台并采用 Python语言。 9.根据权利要求1～6任一项所述的一种泰森多边体单元构建及划分方法， 其特征在 于： 步骤g中， 采用巴西劈裂试验 获取岩层(1)的单轴抗拉强度σt以及对应的拉应力 ‑拉应变 曲线。 10.根据权利要求1～6任一项所述的一种泰森多边体单元构建及划分方法， 其特征在 于： 步骤h中， 采用剪切实验获取岩层(1)的抗剪强度στ以及对应的剪应力 ‑剪应变曲线。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114239289 A 3