数字散斑相关方法在岩石破坏测量中的发展与应用

探讨了一种基于数字图像处理技术的非接触式的应变测量方法,称为数字散斑相关法(dscm),并用实验验证了方法的可靠性。dscm有着全场、非接触、高精度、易操作的优点,因此在工程材料测试上有着广泛的应用潜力,从而为光测力学拓展了应用领域,为应变多样化测量展现了新的前景。

阐述了超声散斑相关法测量物体表面应变的原理,组建了实验测量系统,对位于水下的硅橡胶试件的表面应变进行了非接触式测量,测量值与标定值符合较好.对实验误差的分析表明:在加载范围内,应变越大,测量误差越小,且测量误差主要与散斑的横向尺寸有关.针对应变大小对超声散斑退相关效应的影响进行了研究,实验结果表明在测量范围内,这种影响近似成线性变化.

提出用数字散斑相关方法测量移动物体的连续位移.激光照射粗糙表面形成散斑场,用ccd记录粗糙表面移动时的序列散斑图像,利用数字散斑相关方法分析散斑图像,确定粗糙表面的位移.研究结果表明,数字散斑相关技术可以高精度地测出连续移动物体的位移.

数字散斑相关法具有非接触、精度高、适用于工程现场等特点,成为实验力学中一种有效的光学测试手段。该文简要介绍了数字散斑相关法的基本原理、特点和应用范围,概述了在压力容器变形测量方面的应用现状,随着相关配套和辅助技术的发展,数字散斑干涉法在测量压力容器变形方面在宏观和微观方面展现了新的技术突破:改进光学系统与加载方式可测量大面积的变形场,与高分辨率设备结合可进行结构微小形变的检测,而全场高温变形测量技术的发展进一步拓展了其适用环境。

在进行井架承载能力评定时,现有的检测方法存在诸多不足。结合现有计算机图片处理功能,设计了一套基于数字散斑相关技术的井架应变测量方法。与现有的电测法得到的井架应变测量结果对比,基于数字散斑相关技术的井架应变测量方法的测量结果精确、可靠。此测量方法减轻了劳动强度,提高了工作效率,解决了现有井架承载能力评定工作中应变测量方法存在的不足。基于数字散斑相关技术的井架应变测量方法为井架承载能力评定提供一种新的应变测量方法,对更加科学、合理、全面地评定钻修机井架的承载能力具有实用价值。

通过三点弯载荷实验,利用数字散斑相关方法得到了试件载荷过程中对应的载荷一位移曲线.依据实验中试件载荷前后位移的变化量,对常用工程材料pmma的弹性模量进行了测定.实验数据表明所测弹性模量较为真实、客观,相对误差较小.该研究方法为同类材料未知弹性模量的测定提供了一种行之有效的测量途径.

针对传统接触式应变测量的局限性,探讨了基于数字图像处理技术的非接触式应变测量方法——数字散斑相关方法(digitalspecklescorrelationmethod,dscm),并用单向拉伸实验对该方法进行了验证,结果表明,该方法是一种实用快速、高精度的变形测量方法。

该文回顾了国内外木材断裂力学的发展现状,并介绍了数字散斑干涉技术在位移、应变、振动和医学诊断等领域中的应用和国内外发展状况,提出了一种新的研究方法,并对该方法作了介绍和探讨。

阐述了数字散斑相关方法的基本原理.采用爬山搜索法进行整像素搜索,基于梯度的搜索算法计算亚像素位移、位移场局部最小二乘拟合计算应变场.测量了混凝土三点弯曲梁裂缝尖端的演化过程,给出了试件加载过程的载荷-位移曲线以及裂缝扩展的过程.由dscm分析结果,获得了试件在不同载荷下裂缝尖端的位移场与应变场.为深入研究含裂纹体材料和结构的断裂破坏提供了一个有效的实验方法.

数字散斑相关方法,作为固体材料表面变形测量方法,是一种全场、无接触、高自动化和高精度的光学变形测量方法,与其他变形测量方法相比,具有灵敏度高,测量准确等一系列独特的优越性,在建筑工程变形测量及力学分析中得到较快的发展。本文阐述了数字散斑方法的基本原理,重点综述了数字散斑方法在混凝土、沥青材料、硅酸盐水泥、复合材料、负泊松比防爆材料等建筑材料以及混凝土结构、桥梁结构、岩土结构、木质结构等建筑结构力学行为测量与分析中的应用进展,总结并展望了数字散斑方法在未来建筑材料与结构在服役过程中有效监测的应用前景与发展趋势。随着数字散斑相关方法的测量精度与速度大幅提升,结合光纤技术与计算机模拟等方法,建筑材料与结构三维实体的微观力学行为有望实现全方位实时监测。

将现代光测力学技术中的数字散斑干涉法引入到工程力学实验教学中,既可以开拓学生的视野,加深对力学知识的理解和掌握,又可以激发学生的科研积极性,并提高学生的实践能力.数字散斑干涉法具有全场非接触测量,操作简单及测量精度高等优点,对工程力学实验教学中的电测方法起到了很好的补充作用.以典型的梁弯曲实验测试为例,利用数字散斑干涉法获得了梁弯曲时的面内位移和正应变分布,应变云图非常直观地显示了梁弯曲正应变沿横截面线性分布的特征.实验结果表明,该方法在工程力学实验教学中是有效和可行的.

根据卸荷路径确定岩石卸荷强度参数时,为避免岩样本身离散性过大对强度的影响,采用了卸荷多级破坏试验方法。将卸荷应力路径与多级破坏方法有机结合,用单个岩样获取多个强度值,然后通过回归确定岩石卸荷强度参数。基于mts815.02岩石三轴试验机,研究荷载控制方式下多级破坏试验中峰值判断、破坏状态变形控制等几个问题,并提出相应的解决方案。最后成功开展了大理岩卸荷多级破坏试验,取得了与常规卸荷破坏试验较一致的结果。研究成果表明,卸荷应力路径中引入多级破坏的方法,既考虑了应力路径对强度的影响,又有效避免岩样离散性过大对强度的影响,是一种实用、有效的确定岩石卸荷强度参数方法。

首先阐述了数字散斑干涉法测量面内及离面变形量的原理和装置结构,并将其应用于铝合金材料的热变形测量中;结合数字图像处理技术,获得代表变形量的数字散斑干涉条纹图。结果表明数字散斑干涉测量法具有实时性强、结构简单、全场,非接触测量等优点。

阐述了数字图像相关测量方法的基本原理和特点,介绍了其相关测量方法在航天器结构微变形领域的应用。设计了一种基于数字图像相关测量原理的结构微变形测量方法,通过测量对某相机安装平台相对形变和某载荷适配结构热稳定性的两个试验,验证了该测量方法的可行性与正确性,其测量精度可达到5μm。该方法在航天器大尺寸结构微变形测量中得到了较好地应用。

薄壁钢管混凝土构件作为新发展的组合构件,对其研究具有非常重要的意义。文中首先介绍了散斑图像相关数字技术的基本原理,然后给出了变形计算公式。为弥补传统测量方法的不足,在薄壁钢管混凝土长柱偏压破坏实验中,引入了散斑图像相关数字技术,对长柱跨中截面的全过程变形(位移)进行了测量,并对测量结果进行了分析与讨论,同时还与传统测量方法所得结果进行了对比分析。实验结果与分析表明:该方法具有较高的精度和工程可用性,可克服传统测量方法中的一些弊端,且对实验设备和测量环境要求不高,很适合现场非接触测量。

提出一种新的电镀金刚石工具镀层与基体结合强度测试方法。分别制备了亮镍和添加稀土的电镀结合剂镀层。镀层试件经过制斑与加载,经ccd采集成为数字图像,通过数字图像处理系统进行相关性计算,寻找到试件加载变形后的数字图像采集区域,从而计算出采集区域内的位移和应变。通过镀层与基体界面处应变的变化,分析镀层的结合状态。实验结果,镍-镧镀层与基体的结合强度高于亮镍铍层与基体的结合强度。研究结果表明利用数字图像相关方法测量镀层与基体结合强度是一种简单有效的方法。

固体材料受力后从弹性发展到塑性、再发展到破坏,表明屈服与破坏是不同的。本文简述了岩土材料的屈服准则,并提出岩土材料的屈服准则体系,提出材料应力场中点破坏和整体面破坏2种概念及其定义,并用传统极限分析方法定义材料的整体面破坏准则。回顾分析传统极限分析方法的求解特点,由此指出传统极限分析法与数值分析法的不足,两者结合形成近年发展的数值极限分析方法,使极限分析方法的适用范围大幅扩大。就传统极限分析法与数值极限法的内涵、特点做深入的分析,论证了方法的可靠性,同时指出数值极限分析法的优越性及其存在的问题,最后举例说明数值极限分析方法在岩土工程中的边(滑)坡、地基以及隧道工程中的广泛适用性。

采用数值流形方法对岩质边坡的变形破坏过程进行了模拟。与扩展有限元xfem不同的是,数值流形方法通过不连续面切割数学覆盖后所生成相互独立的物理覆盖来形成流形单元。为了模拟岩体材料连续-非线性破坏时的过渡过程,本次引入粘结裂纹扩展计算模型以及带抗拉强度的mohr-coloumb准则判断岩体因剪切破坏而发生的起裂与扩展。最后以西南地区某水电站高边坡的渐进破坏过程为例进行了数值模拟,研究了裂纹扩展对于岩体稳定性的影响,并给出了相应的工程处理措施。

层状岩石边坡的倾倒破坏是岩石边坡失稳破坏的主要形式之一。本文利用数值流形方法对一层状岩石边坡的倾倒破坏过程进行了模拟。模拟结果表明:在不考虑块体间粘结力的情况下,块体间的摩擦角决定着岩石边坡的稳定性。随着摩擦角的增加,块体间的摩擦系数增大,岩石边坡的稳定性增强,并出现相应的滑动区、倾倒区和稳定区。模拟结果与相应的理论预测结果相吻合。

岩石工程系统破坏的弱场控制探讨——岩石工程系统的破坏发生在系统相对最薄弱部位和环节，系统的弱场控制着岩石工程的承载力。在建立弱场控制概念的基础上，提出了强度问题的弱场控制原理及其发生判据，利用数值分析和红外监测实验相结合的研究方法，探讨了含梯...

光测方法在岩石力学实验观测中的应用述评——综述了常用光测方法在岩石力学实验观测中的应用，总结了这些光测方法相对于岩石力学中常用的其他方法的特点。最后在分析岩石力学实验观测新趋势的基础上，指出发展一种以数字散斑相关方法(dscm)为基础的岩石力学...

本文综述了二十年来数值模拟方法在我国岩石圈构造研究中的应用与发展状况，主要涉及造山带数值模拟、俯冲带数值模拟、盆地数值模拟、上地幔小尺度对流数值模拟等几方面内容．为了研究中国大陆及其相邻地区的岩石圈三维结构，已经取得许多区域性地质调查和地球物理、地球化学等探测资料．同时以这些探测资料为基础，国内外科学家做了许多以该地区岩石圈构造与演化为研究目的数值模拟工作．可以看出，数值模拟是岩石圈构造与演化研究的有力工具，并已经取得了卓著的成就．这些成果为继续进行岩石圈构造的研究奠定了基础．