一种中等应变率岩石动三轴试验伺服控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开中等应变率岩石动三轴试验伺服控制方法及系统，该方法包括：获取已做试验的历史岩石的历史几何数据；获取每个历史岩石做试验时与其相对应的历史加载数据与历史伺服控制数据；根据历史轴向应变与历史环向应变数据，计算历史岩石做试验时的历史瞬态直径数据与历史瞬态高度数据，建立岩石动三轴的试验伺服控制模型；获取当前试验的岩石的当前几何数据；根据当前几何数据，通过试验伺服控制模型，得到当前试验的岩石在中等应变率动三轴试验过程中的当前伺服控制数据；获取当前试验的岩石的当前轴向应变数据与当前环向应变数据，通过与历史轴向应变数据、历史环向应变数据进行比对，实现根据历史伺服控制数据对当前伺服控制数据的动态调整。控制数据的动态调整。控制数据的动态调整。

【技术实现步骤摘要】
一种中等应变率岩石动三轴试验伺服控制方法及系统


[0001]本专利技术属于岩石动态力学试验
，更具体地，涉及一种基于机器学习的中等应变率岩石动三轴试验伺服控制方法及系统。

技术介绍

[0002]应变率的改变对材料的力学特性具有较大的影响，从而造成其强度表现出较为明显的应变率效应特征。一般而言，岩石峰值强度与应变率之间为正相关的关系，应变率的提高将导致峰值强度的整体增大。目前，岩石力学试验技术在准静态加载与冲击试验方面较为成熟。准静态加载试验所涉及的应变率一般小于10
‑5s
‑1，采用的设备为MTS或RMT加载设备。冲击试验所涉及的应变率范围通常为102s
‑1以上，通常利用分离式霍普金森压杆开展。对于中等应变率试验而言，应变率范围为10
‑2~100s
‑1，且开展岩石在该应变率范围内的动态试验有利于相关工程的建设与工程灾害的预防，如核电工程岩体爆破开挖、防护工程建设、地下隧洞岩爆预防等。相比于准静态试验而言，中等应变率试验的加载具有相对较大的不可控制性，从而导致试样处于不稳定的加载状态。因此，为确保岩石在试验过程中处于稳定的应力加载状态，提出一种中等应变率下伺服控制方法是该领域亟待解决的问题。

技术实现思路

[0003]为解决以上技术问题，本专利技术提出一种中等应变率岩石动三轴试验伺服控制方法，包括：获取已做试验的历史岩石的历史几何数据，所述历史几何数据包括历史直径数据和历史高度数据；获取每个所述历史岩石做试验时与其相对应的历史加载数据与历史伺服控制数据，所述历史加载数据包括历史轴向应变数据、历史环向应变数据，所述历史伺服控制数据包括历史瞬态轴向伺服速度、历史瞬态围压伺服速度；根据所述历史轴向应变与所述历史环向应变数据，计算所述历史岩石做试验时的历史瞬态直径数据与历史瞬态高度数据，从而建立岩石动三轴的试验伺服控制模型；获取当前试验的岩石的当前几何数据，所述当前几何数据包括当前直径数据和当前高度数据；根据所述当前几何数据，通过所述试验伺服控制模型，得到当前试验的岩石在中等应变率动三轴试验过程中的当前伺服控制数据；获取当前试验的岩石的当前轴向应变数据与当前环向应变数据，通过与所述历史轴向应变数据、所述历史环向应变数据进行自动比对，从而实现根据所述历史伺服控制数据对所述当前伺服控制数据的动态优化调整。
[0004]进一步的，计算所述历史岩石做试验时的历史瞬态直径数据与历史瞬态高度数据包括：所述历史瞬态高度数据通过下式计算：
，其中，h为所述历史瞬态高度数据，为所述历史高度数据，为所述历史轴向应变数据。
[0005]在假设试验过程中岩石体积变化不大的条件上，所述历史瞬态直径数据由下式计算：，其中，为所述历史直径数据，d为所述历史瞬态直径数据，π为圆周率。
[0006]进一步的，所述试验伺服控制模型为：，其中，m为所述历史瞬态直径数据与所述历史瞬态高度数据的数量，b与w为所述试验伺服控制模型的相关参数，i代表所述试验伺服控制模型的复杂程度，x
j
为所述历史瞬态直径数据与所述历史高度数据的矩阵，S
j
为所述历史瞬态轴向伺服速度v
a
与所述历史瞬态围压伺服速度v
c
的矩阵，为非线性激活函数。
[0007]进一步的，结合所述历史轴向应变数据、所述历史环向应变数据对所述相关参数b与w进行优化；根据试验需求、所述历史几何数据、所述历史加载数据与所述历史伺服控制数据，对所述试验伺服控制模型中的复杂程度i进行调整。
[0008]进一步的，通过与所述历史轴向应变数据、所述历史环向应变数据进行自动比对，从而实现根据所述历史伺服控制数据对所述当前伺服控制数据的动态优化调整，包括：当前伺服控制数据的作用下，采集当前试验的岩石的加载数据，当采集的当前试验的岩石的加载数据与所述试验伺服控制模型中相对应的加载数据存在较大偏差时，按照以下述规则对所述当前伺服控制数据进行优化调整：当采集的当前试验的岩石的加载数据大于所述试验伺服控制模型中相对应的加载数据时，降低当前试验的岩石的瞬态轴向伺服速度与瞬态围压伺服速度；当采集的当前试验的岩石的加载数据小于所述试验伺服控制模型中相对应的加载数据时，提高当前试验的岩石的瞬态轴向伺服速度与瞬态围压伺服速度。
[0009]本专利技术还提出一种中等应变率岩石动三轴试验伺服控制系统，包括：获取历史几何数据模块，用于获取已做试验的历史岩石的历史几何数据，所述历史几何数据包括历史直径数据和历史高度数据；获取历史加载数据和历史伺服控制数据模块，用于获取每个所述历史岩石做试验时与其相对应的历史加载数据与历史伺服控制数据，所述历史加载数据包括历史轴向应变数据、历史环向应变数据，所述历史伺服控制数据包括历史瞬态轴向伺服速度、历史瞬态围
压伺服速度；建立试验伺服控制模型模块，用于根据所述历史轴向应变与所述历史环向应变数据，计算所述历史岩石做试验时的历史瞬态直径数据与历史瞬态高度数据，从而建立岩石动三轴的试验伺服控制模型；获取当前几何数据模块，用于获取当前试验的岩石的当前几何数据，所述当前几何数据包括当前直径数据和当前高度数据；获取当前伺服控制数据模块，用于根据所述当前几何数据，通过所述试验伺服控制模型，得到当前试验的岩石在中等应变率动三轴试验过程中的当前伺服控制数据；动态调整模块，用于获取当前试验的岩石的当前轴向应变数据与当前环向应变数据，通过与所述历史轴向应变数据、所述历史环向应变数据进行自动比对，从而实现根据所述历史伺服控制数据对所述当前伺服控制数据的动态优化调整。
[0010]进一步的，计算所述历史岩石做试验时的历史瞬态直径数据与历史瞬态高度数据包括：所述历史瞬态高度数据通过下式计算：其中，h为所述历史瞬态高度数据，为所述历史高度数据，为所述历史轴向应变数据。
[0011]在假设试验过程中岩石体积变化不大的条件上，所述历史瞬态直径数据由下式计算：其中，为所述历史直径数据，d为所述历史瞬态直径数据，π为圆周率。
[0012]进一步的，所述试验伺服控制模型为：其中，m为所述历史瞬态直径数据与所述历史瞬态高度数据的数量，b与w为所述试验伺服控制模型的相关参数，i代表所述试验伺服控制模型的复杂程度，x
j
为所述历史瞬态直径数据与所述历史高度数据的矩阵，S
j
为所述历史瞬态轴向伺服速度v
a
与所述历史瞬态围压伺服速度v
c
的矩阵，为非线性激活函数。
[0013]进一步的，结合所述历史轴向应变数据、所述历史环向应变数据对所述相关参数b与w进行优化；根据试验需求、所述历史几何数据、所述历史加载数据与所述历史伺服控制数据，对所述试验伺服控制模型中的复杂程度i进行调整。
[0014]进一步的，通过与所述历史轴向应变数据、所述历史环向应变数据进行自动比对，
从而实现根据所述历史伺服控制数据对所述当前伺服控制数据的动态优化调整，包括：当前伺服控制数据的作用下，采集当前试验的岩石的加载本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中等应变率岩石动三轴试验伺服控制方法，其特征在于，包括：获取已做试验的历史岩石的历史几何数据，所述历史几何数据包括历史直径数据和历史高度数据；获取每个所述历史岩石做试验时与其相对应的历史加载数据与历史伺服控制数据，所述历史加载数据包括历史轴向应变数据、历史环向应变数据，所述历史伺服控制数据包括历史瞬态轴向伺服速度、历史瞬态围压伺服速度；根据所述历史轴向应变数据与所述历史环向应变数据，计算所述历史岩石做试验时的历史瞬态直径数据与历史瞬态高度数据，从而建立岩石动三轴的试验伺服控制模型；获取当前试验的岩石的当前几何数据，所述当前几何数据包括当前直径数据和当前高度数据；根据所述当前几何数据，通过所述试验伺服控制模型，得到当前试验的岩石在中等应变率动三轴试验过程中的当前伺服控制数据；获取当前试验的岩石的当前轴向应变数据与当前环向应变数据，通过与所述历史轴向应变数据、所述历史环向应变数据进行自动比对，从而实现根据所述历史伺服控制数据对所述当前伺服控制数据的动态优化调整。2.如权利要求1所述一种中等应变率岩石动三轴试验伺服控制方法，其特征在于，计算所述历史岩石做试验时的历史瞬态直径数据与历史瞬态高度数据包括：所述历史瞬态高度数据通过下式计算：，其中，h为所述历史瞬态高度数据，为所述历史高度数据，为所述历史轴向应变数据；在假设试验过程中岩石体积变化不大的条件上，所述历史瞬态直径数据由下式计算：，其中，为所述历史直径数据，d为所述历史瞬态直径数据，π为圆周率。3.如权利要求2所述的一种中等应变率岩石动三轴试验伺服控制方法，其特征在于，所述试验伺服控制模型为：，其中，m为所述历史瞬态直径数据与所述历史瞬态高度数据的数量，b与w为所述试验伺服控制模型的相关参数，i代表所述试验伺服控制模型的复杂程度，x
j
为所述历史瞬态直径
数据与所述历史高度数据的矩阵，S
j
为所述历史瞬态轴向伺服速度v
a
与所述历史瞬态围压伺服速度v
c
的矩阵，为非线性激活函数。4.如权利要求3所述一种中等应变率岩石动三轴试验伺服控制方法，其特征在于，结合所述历史轴向应变数据、所述历史环向应变数据对所述相关参数b与w进行优化；根据试验需求、所述历史几何数据、所述历史加载数据与所述历史伺服控制数据，对所述试验伺服控制模型中的复杂程度i进行调整。5.如权利要求1所述的一种中等应变率岩石动三轴试验伺服控制方法，其特征在于，通过与所述历史轴向应变数据、所述历史环向应变数据进行自动比对，从而实现根据所述历史伺服控制数据对所述当前伺服控制数据的动态优化调整，包括：当前伺服控制数据的作用下，采集当前试验的岩石的加载数据，当采集的当前试验的岩石的加载数据与所述试验伺服控制模型中相对应的加载数据存在较大偏差时，按照以下述规则对所述当前伺服控制数据进行优化调整：当采集的当前试验的岩石的加载数据大于所述试验伺服控制模型中相对应的加载数据时，降低当前试验的岩石的瞬态轴向伺服速度与瞬态围压伺服速度；当采集的当前试验的岩石的加载数据小于所述试验伺服控制模型中相对应的加载数据时，提高当前试验的岩石的瞬态轴向伺服速度与瞬态围压伺服速度。6.一种中等应变率岩石动三轴试验伺服控制系统，其特征在于，包括：获取历史几何数据模块，用于获取...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海波，刘黎旺，李晓锋，李俊如，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：