[发明专利]3D打印采空区相似模拟建筑物的方法

权利要求书

1.3D打印采空区相似模拟建筑物的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)根据相似模拟试验台尺寸及矿井地质资料，确定模型的几何相似比和容重相似比，并根据相似定理和相似准则计算模型与原型的其他参数的相似比；

在步骤(1)中：其他参数的相似比包括时间相似比和弹性模量相似比；

几何相似比：原型三个相互垂直方向的尺寸为X_p、Y_p、Z_p，模型三个相互垂直方向的尺寸为X_m、Y_m、Z_m，则几何相似比为：

时间相似比：时间相似比为C_t，则：

容重相似比：容重相似比为C_r，则：

其中，R_pi为原型第i层岩层的容重，R_mi为模型第i层岩层的容重；

弹性模量相似比：弹性模量相似比为C_e，则：

其中E_pi为原型第i层岩层的弹性模量，E_mi为模型第i层岩层的弹性模量

(2)选择力学强度相似的3D打印模型材料，并选择填充率、打印层厚和打印速度三个因素进行正交实验；3D模型材料为聚乳酸PLA、热塑性聚氨酯弹性体TPU和木质纤维；

(3)根据正交实验结果，调整影响材料力学强度的参数，并根据模拟建筑物的力学强度要求进行选择；

(4)应用3D软件进行模型构建；根据已知的建筑物数据输入相应数值后，进行平移拼接组合而成建筑物结构；

(5)3D打印机打印模拟建筑物模型；

根据步骤(3)中最佳的填充率、打印厚度和打印速度进行参数设置，进行3D打印；木质纤维材料本身强度较低，适合反应高层建筑物的梁柱结构在采动破坏发生后对于构筑本身的影响与断裂位置；管道本身强度够高，考虑管道的沉降与变形情况，选择强度更高抗拉伸强度更好的PLA作为管道模型的制作材料；选择由PLA和木质纤维材料共同作为支撑材料进行打印。

2.根据权利要求1所述的3D打印采空区相似模拟建筑物的方法，其特征在于，在步骤(3)中，影响材料力学强度的参数为填充率、打印厚度和打印速度。

3.根据权利要求2所述的3D打印采空区相似模拟建筑物的方法，其特征在于，设计正交试验方案，得到误差值最小的填充率、打印厚度和打印速度参数。