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文檔簡介
1、構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)是研究地質(zhì)構(gòu)造的一種有效方法,是幫助地質(zhì)學(xué)家研究構(gòu)造變形過程和形成機(jī)制的重要手段。構(gòu)造物理模擬的實(shí)質(zhì)是根據(jù)相似性原理,在砂箱等實(shí)驗(yàn)環(huán)境內(nèi),通過模擬構(gòu)造形成過程,研究地質(zhì)構(gòu)造的成因和演化機(jī)理,對地質(zhì)構(gòu)造的成因進(jìn)行定性和定量分析。本課題的目的是在綜合國內(nèi)外同類設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上,對構(gòu)造物理模擬的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究,并研制滿足相似理論的實(shí)驗(yàn)裝置。 構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置是一套機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng);論文在對主要地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象與成
2、因分析的基礎(chǔ)上,從動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度,總結(jié)了地質(zhì)體形成的受力與變形規(guī)律,提出了實(shí)驗(yàn)裝置加載單元應(yīng)該具有的基本功能;按照相似性理論,運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)方法,完成了加載系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)臺(tái)體、底摩擦儀等部分的概念設(shè)計(jì),確定了裝置的功能和基本參數(shù),給出了系統(tǒng)的總體方案和各分功能模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)?zāi)P偷撞糠侄闻c隆起加載模塊,可實(shí)現(xiàn)非均質(zhì)和分段變形地質(zhì)體的構(gòu)造變形模擬,該模塊的深度方向動(dòng)力加載功能,實(shí)現(xiàn)了刺穿、窟窿等構(gòu)造現(xiàn)象的模擬;設(shè)計(jì)的底部摩擦儀
3、模塊,可完成大洋板塊俯沖構(gòu)造和無限長運(yùn)動(dòng)的走滑物理模擬;可調(diào)向、變位置式加載小車模塊,實(shí)現(xiàn)了對實(shí)驗(yàn)?zāi)P偷亩帱c(diǎn)多方向加載,與底部加載單元聯(lián)合使用,可模擬地質(zhì)體三維受力狀態(tài);伺服驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)、力加載單元,可實(shí)現(xiàn)位移、速度的精確控制,使實(shí)驗(yàn)由定性向半定量、定量化發(fā)展;這些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新,極大地?cái)U(kuò)展了地質(zhì)工作者的實(shí)驗(yàn)?zāi)M領(lǐng)域。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置機(jī)械加載單元實(shí)現(xiàn)的功能,論文重點(diǎn)介紹了實(shí)驗(yàn)裝置電氣控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì),論述了控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù),
4、以整個(gè)系統(tǒng)為對象,優(yōu)化組合,開發(fā)了基于可編程序控制器的分布式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),電氣系統(tǒng)采用“分散控制、集中管理”結(jié)構(gòu),既與實(shí)驗(yàn)裝置模塊化的體系相適應(yīng),又保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性,實(shí)現(xiàn)了易操作、便維護(hù)、易擴(kuò)展、便升級的目的。 為了獲得實(shí)驗(yàn)過程中地質(zhì)體頂面變形的完整數(shù)字記錄信息,實(shí)現(xiàn)模擬過程的反演,論文首次將光學(xué)三維輪廓術(shù)測量技術(shù)引入構(gòu)造物理模擬測量,為解決實(shí)驗(yàn)砂箱邊界陰影、實(shí)驗(yàn)體頂面變形復(fù)雜等問題,對濾波、質(zhì)量圖、相位展開、標(biāo)定等環(huán)
5、節(jié)進(jìn)行了改進(jìn)創(chuàng)新;針對傅里葉變換輪廓術(shù)測量復(fù)雜頂面形狀時(shí),出現(xiàn)頻率混疊的問題,使用了多種濾波方法對變形光柵圖進(jìn)行處理,實(shí)驗(yàn)表明采用漢寧濾波和小波多分辨率特性提取有效分量,抑制了頻譜混疊,提高了測量精度和測量范圍;針對傳統(tǒng)相位展開算法出現(xiàn)的拉線現(xiàn)象,提出了基于背景梯度-相位導(dǎo)數(shù)偏差質(zhì)量圖、結(jié)合邊緣檢測信息的兩種相位展開新算法,克服了相位展開中的誤差傳遞問題,有效地恢復(fù)了實(shí)驗(yàn)體頂面三維信息;文中還提出了一種具有較高標(biāo)定精度和效率的新三維輪廓
6、術(shù)系統(tǒng)標(biāo)定方法-基于BP和RBF網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的兩段式相位測量輪廓術(shù)標(biāo)定技術(shù),提高了測量精度;通過上述研究,基本實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)體頂面變形信息的數(shù)字記錄,為實(shí)驗(yàn)反演奠定了基礎(chǔ)。在進(jìn)行構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)剖面變形測量、記錄時(shí),本文以砂箱側(cè)面獲取的剖面圖像為研究對象,建立了一種小波域與空域相結(jié)合的二維圖像預(yù)處理技術(shù),取得了較好的圖像處理效果;以數(shù)字圖像處理為工具,運(yùn)用灰度變換、圖像濾波、二值圖像處理、目標(biāo)獲取、地質(zhì)類型判斷等技術(shù),編制了地質(zhì)構(gòu)造類型的定量判
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