Visualization of the complex structure and stress field inside rock by means of 3D printing technology

Accurate characterization and visualization of the complex inner structure and stress distribution of rocks are of vital significance to solve a variety of underground engineering problems. In this paper, we incorporate several advanced technologies, such as CT scan, three-dimensional（3D） reconstruction, and 3D printing, to produce a physical model representing the natural coal rock that inherently contains complex fractures or joints. We employ 3D frozen stress and photoelastic technologies to characterize and visualize the stress distribution within the fractured rock under uniaxial compression. The 3D printed model presents the fracture structures identical to those of the natural prototype. The mechanical properties of the printed model,including uniaxial compression strength, elastic modulus,and Poisson’s ratio, are testified to be similar to those of the prototype coal rock. The frozen stress and photoelastic tests show that the location of stress concentration and the stress gradient around the discontinuous fractures are in good agreement with the numerical predictions of the real coalsample. The proposed method appears to be capable of visually quantifying the influences of discontinuous,irregular fractures on the strength, deformation, and stress concentration of coal rock. The method of incorporating3 D printing and frozen stress technologies shows a promising way to quantify and visualize the complex fracture structures and their influences on 3D stress distribution of underground rocks, which can also be used to verify numerical simulations.     

大型空分制氧工程塔器吊装三维模拟系统开发与应用

目前由于冶金、石油化工、煤化工等相关行业的发展需求,空分制氧工程呈现出向大型化发展的趋势。在大型空分制氧工程中,塔类设备是非常重要的关键设备,重量大、高度高、体积大;且工程设计布局紧凑,吊装作业现场环境复杂,塔器的吊装作业是装置安装过程中需重点考虑的工序。因此,为了降低安全风险、节约成本、缩短作业周期,这就要求工程师制定一个安全、高效、经济的吊装方案;但是传统的通过工程现场测量、常规计算进行方案设计的方法较为低效,并且无法直观验证方案的正确性,难以满足大型塔器吊装工程要求。因此,开发一套专用的大型空分制氧工程塔器吊装三维模拟系统,该系统包括空分装置塔器及现场作业环境参数化建模、吊索具计算及建模、吊车自动选型及参数化建模、吊车卡杆验算及站位设计、吊装过程动态模拟及适时碰撞检测、三维模型图片及模拟动画输出等模块。最后以一个大型空分制氧工程实际案例验证系统的有效性、实用性并展示其主要特点。     

用天线阵技术无损探测大桥钢筋网的三维分布

常规的探地雷达发射的电磁波和接收的电磁波均为同一频率,因此影响了探测的精度、效率.天线阵探地雷达将不同频率的天线组合到一起工作,实现了一次扫描得到4张雷达图,使深部、浅部探测一次同时完成,提高了探测精度和工作效率,节约了探测成本.另外,由于不同频率的天线对不同深度的被探测体有足够的分辨率,不同位置的天线对同一被探测体进行全区域、多角度的探测,所以天线阵探地雷达能够分辨上下重叠或位置很近的被探测体,使得对一个区域的钢筋网进行三维探测成为可能.     

三维激光扫描仪的数据处理与精度控制

三维激光扫描仪技术又被称为实景复制技术,是测绘领域的一项重要的技术革新。突破了传统意义上的单点测量的方法。能够提供物体表面的三维点云的数据。本文主要介绍了三维激光扫描技术以及其在数据处理和误差精度控制上的表现,分析其原因。     

基于Inventor钢结构三维参数化设计

本文对机械设计软件Inventor在钢结构模板三维设计中的应用进行了探讨,介绍了该软件在钢结构模板设计关键环节的使用方法,演示了用三维信息模型（ BIM）设计方法代替传统二维设计在钢结构模板设计中的应用。     

基于人脑MRI图像的颅脑三维可视化研究

目的探讨基于人脑MRI数据三维重建颅脑的可行性.方法选取1例成年自愿者行1 mm层厚的MR轴位扫描,应用哈尔滨工业大学自主开发的NASP软件应用体绘制技术完成颅脑的三维可视化.结果应用该技术可以清晰、逼真地显示颅脑的形态结构及其毗邻关系.结论利用人脑MRI数据可以实现颅脑结构的可视化.     

凝汽器壳侧换热特性影响因素研究

影响电站凝汽器换热的因素有多种,研究这些影响因素有利于提高凝汽器换热性能。建立凝汽器壳侧流体流动与换热带有多孔介质概念的准三维数值模型,使用数值模型模拟实验凝汽器内部换热特性。在实验中,考虑冷却水入口质量流量、入口温度、蒸汽负荷、漏空气量对换热特性的影响;同样研究了湍流黏度、网格数对计算结果的影响。凝汽器入口参数直接影响凝汽器换热特性,漏空气量增大传热热阻,增大传热端差,降低传热系数;湍流黏度取值不同对数值结果有一定的影响;网格数对凝汽器实时仿真影响很大。     

三维空间模型的露天台阶爆破专家系统及应用

传统人工布孔设计的爆破模式效率较低,无法适用于大规模的爆破工程,因此,研制了露填台阶爆破专家系统.把爆破台阶地形转化为三维空间模型,将台阶爆破设计原理和智能设计相结合,研制出智能系统,实现了自动布孔、多种装药结构选择及快速爆破网络设计等目标,并应用于中煤集团平朔东露天矿的台阶爆破.结果表明：专家系统所设计方案与人工方案相比较,实现了减少大块率,控制前冲、后翻,控制飞石距离,减少爆破冲击等目的,实际应用中验证了露天台阶爆破专家系统可行.     

面向三维人体重建的前、后片配准算法

针对传统三维图像配准算法需要获取目标物体多个模型数据的不便,以及三维重建过程耗时较长的不足,提出了一种基于三维人体表面前、后片模型的配准算法.该算法首先使用Kinect三维扫描设备获取的人体表面前、后片模型点云数据,作为配准过程的参考点集和目标点集;然后,选取前、后片模型的边缘轮廓信息作为配准特征点,通过迭代优化过程,使得前、后片能够较好地配准;最后,通过空间曲线插值方法填充模型边缘缝隙,得到完整的三维人体模型.试验结果表明,该算法只需要获取目标物体的前、后片三维数据,模型采集及配准效率高,配准精度好,即使针对初始位置相差较大的两个模型片也能得到准确的配准效果.     

三维编织复合材料矩形梁与T型梁准静态弯曲实验及有限元分析

采用MTS 810.23型材料试验机,研究三维编织复合材料矩形梁与T型梁的准静态三点弯曲行为,分析得到两种梁的破坏失效机理存在一定差异,矩形梁在实验中位移达到最大而最终失效,T型梁在实验中筋高产生纤维断裂而最终失效.实验表明筋高可显著增强梁抗弯刚度.依据三维编织复合材料细观结构建立单胞模型,运用ABAQUS有限元软件与用户子程序交互作用,进一步分析在准静态三点弯曲实验过程中材料的应力分布情况,揭示材料破坏机理和最终失效模式的缘由.有限元分析所得结果与实验结果具有较好的一致性,说明所使用的有限元分析法有效,可以用于进一步研究三维编织复合材料的力学性能.