數(shù)字散斑相關(guān)方法在巖石破壞測量中的發(fā)展與應(yīng)用

探討了一種基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的非接觸式的應(yīng)變測量方法,稱為數(shù)字散斑相關(guān)法(dscm),并用實驗驗證了方法的可靠性。dscm有著全場、非接觸、高精度、易操作的優(yōu)點,因此在工程材料測試上有著廣泛的應(yīng)用潛力,從而為光測力學拓展了應(yīng)用領(lǐng)域,為應(yīng)變多樣化測量展現(xiàn)了新的前景。

闡述了超聲散斑相關(guān)法測量物體表面應(yīng)變的原理,組建了實驗測量系統(tǒng),對位于水下的硅橡膠試件的表面應(yīng)變進行了非接觸式測量,測量值與標定值符合較好.對實驗誤差的分析表明:在加載范圍內(nèi),應(yīng)變越大,測量誤差越小,且測量誤差主要與散斑的橫向尺寸有關(guān).針對應(yīng)變大小對超聲散斑退相關(guān)效應(yīng)的影響進行了研究,實驗結(jié)果表明在測量范圍內(nèi),這種影響近似成線性變化.

提出用數(shù)字散斑相關(guān)方法測量移動物體的連續(xù)位移.激光照射粗糙表面形成散斑場,用ccd記錄粗糙表面移動時的序列散斑圖像,利用數(shù)字散斑相關(guān)方法分析散斑圖像,確定粗糙表面的位移.研究結(jié)果表明,數(shù)字散斑相關(guān)技術(shù)可以高精度地測出連續(xù)移動物體的位移.

數(shù)字散斑相關(guān)法具有非接觸、精度高、適用于工程現(xiàn)場等特點,成為實驗力學中一種有效的光學測試手段。該文簡要介紹了數(shù)字散斑相關(guān)法的基本原理、特點和應(yīng)用范圍,概述了在壓力容器變形測量方面的應(yīng)用現(xiàn)狀,隨著相關(guān)配套和輔助技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字散斑干涉法在測量壓力容器變形方面在宏觀和微觀方面展現(xiàn)了新的技術(shù)突破:改進光學系統(tǒng)與加載方式可測量大面積的變形場,與高分辨率設(shè)備結(jié)合可進行結(jié)構(gòu)微小形變的檢測,而全場高溫變形測量技術(shù)的發(fā)展進一步拓展了其適用環(huán)境。

在進行井架承載能力評定時,現(xiàn)有的檢測方法存在諸多不足。結(jié)合現(xiàn)有計算機圖片處理功能,設(shè)計了一套基于數(shù)字散斑相關(guān)技術(shù)的井架應(yīng)變測量方法。與現(xiàn)有的電測法得到的井架應(yīng)變測量結(jié)果對比,基于數(shù)字散斑相關(guān)技術(shù)的井架應(yīng)變測量方法的測量結(jié)果精確、可靠。此測量方法減輕了勞動強度,提高了工作效率,解決了現(xiàn)有井架承載能力評定工作中應(yīng)變測量方法存在的不足?；跀?shù)字散斑相關(guān)技術(shù)的井架應(yīng)變測量方法為井架承載能力評定提供一種新的應(yīng)變測量方法,對更加科學、合理、全面地評定鉆修機井架的承載能力具有實用價值。

通過三點彎載荷實驗,利用數(shù)字散斑相關(guān)方法得到了試件載荷過程中對應(yīng)的載荷一位移曲線.依據(jù)實驗中試件載荷前后位移的變化量,對常用工程材料pmma的彈性模量進行了測定.實驗數(shù)據(jù)表明所測彈性模量較為真實、客觀,相對誤差較小.該研究方法為同類材料未知彈性模量的測定提供了一種行之有效的測量途徑.

針對傳統(tǒng)接觸式應(yīng)變測量的局限性,探討了基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的非接觸式應(yīng)變測量方法——數(shù)字散斑相關(guān)方法(digitalspecklescorrelationmethod,dscm),并用單向拉伸實驗對該方法進行了驗證,結(jié)果表明,該方法是一種實用快速、高精度的變形測量方法。

該文回顧了國內(nèi)外木材斷裂力學的發(fā)展現(xiàn)狀,并介紹了數(shù)字散斑干涉技術(shù)在位移、應(yīng)變、振動和醫(yī)學診斷等領(lǐng)域中的應(yīng)用和國內(nèi)外發(fā)展狀況,提出了一種新的研究方法,并對該方法作了介紹和探討。

闡述了數(shù)字散斑相關(guān)方法的基本原理.采用爬山搜索法進行整像素搜索,基于梯度的搜索算法計算亞像素位移、位移場局部最小二乘擬合計算應(yīng)變場.測量了混凝土三點彎曲梁裂縫尖端的演化過程,給出了試件加載過程的載荷-位移曲線以及裂縫擴展的過程.由dscm分析結(jié)果,獲得了試件在不同載荷下裂縫尖端的位移場與應(yīng)變場.為深入研究含裂紋體材料和結(jié)構(gòu)的斷裂破壞提供了一個有效的實驗方法.

數(shù)字散斑相關(guān)方法,作為固體材料表面變形測量方法,是一種全場、無接觸、高自動化和高精度的光學變形測量方法,與其他變形測量方法相比,具有靈敏度高,測量準確等一系列獨特的優(yōu)越性,在建筑工程變形測量及力學分析中得到較快的發(fā)展。本文闡述了數(shù)字散斑方法的基本原理,重點綜述了數(shù)字散斑方法在混凝土、瀝青材料、硅酸鹽水泥、復(fù)合材料、負泊松比防爆材料等建筑材料以及混凝土結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)、巖土結(jié)構(gòu)、木質(zhì)結(jié)構(gòu)等建筑結(jié)構(gòu)力學行為測量與分析中的應(yīng)用進展,總結(jié)并展望了數(shù)字散斑方法在未來建筑材料與結(jié)構(gòu)在服役過程中有效監(jiān)測的應(yīng)用前景與發(fā)展趨勢。隨著數(shù)字散斑相關(guān)方法的測量精度與速度大幅提升,結(jié)合光纖技術(shù)與計算機模擬等方法,建筑材料與結(jié)構(gòu)三維實體的微觀力學行為有望實現(xiàn)全方位實時監(jiān)測。

將現(xiàn)代光測力學技術(shù)中的數(shù)字散斑干涉法引入到工程力學實驗教學中,既可以開拓學生的視野,加深對力學知識的理解和掌握,又可以激發(fā)學生的科研積極性,并提高學生的實踐能力.數(shù)字散斑干涉法具有全場非接觸測量,操作簡單及測量精度高等優(yōu)點,對工程力學實驗教學中的電測方法起到了很好的補充作用.以典型的梁彎曲實驗測試為例,利用數(shù)字散斑干涉法獲得了梁彎曲時的面內(nèi)位移和正應(yīng)變分布,應(yīng)變云圖非常直觀地顯示了梁彎曲正應(yīng)變沿橫截面線性分布的特征.實驗結(jié)果表明,該方法在工程力學實驗教學中是有效和可行的.

根據(jù)卸荷路徑確定巖石卸荷強度參數(shù)時,為避免巖樣本身離散性過大對強度的影響,采用了卸荷多級破壞試驗方法。將卸荷應(yīng)力路徑與多級破壞方法有機結(jié)合,用單個巖樣獲取多個強度值,然后通過回歸確定巖石卸荷強度參數(shù)?；趍ts815.02巖石三軸試驗機,研究荷載控制方式下多級破壞試驗中峰值判斷、破壞狀態(tài)變形控制等幾個問題,并提出相應(yīng)的解決方案。最后成功開展了大理巖卸荷多級破壞試驗,取得了與常規(guī)卸荷破壞試驗較一致的結(jié)果。研究成果表明,卸荷應(yīng)力路徑中引入多級破壞的方法,既考慮了應(yīng)力路徑對強度的影響,又有效避免巖樣離散性過大對強度的影響,是一種實用、有效的確定巖石卸荷強度參數(shù)方法。

首先闡述了數(shù)字散斑干涉法測量面內(nèi)及離面變形量的原理和裝置結(jié)構(gòu),并將其應(yīng)用于鋁合金材料的熱變形測量中;結(jié)合數(shù)字圖像處理技術(shù),獲得代表變形量的數(shù)字散斑干涉條紋圖。結(jié)果表明數(shù)字散斑干涉測量法具有實時性強、結(jié)構(gòu)簡單、全場,非接觸測量等優(yōu)點。

闡述了數(shù)字圖像相關(guān)測量方法的基本原理和特點,介紹了其相關(guān)測量方法在航天器結(jié)構(gòu)微變形領(lǐng)域的應(yīng)用。設(shè)計了一種基于數(shù)字圖像相關(guān)測量原理的結(jié)構(gòu)微變形測量方法,通過測量對某相機安裝平臺相對形變和某載荷適配結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性的兩個試驗,驗證了該測量方法的可行性與正確性,其測量精度可達到5μm。該方法在航天器大尺寸結(jié)構(gòu)微變形測量中得到了較好地應(yīng)用。

薄壁鋼管混凝土構(gòu)件作為新發(fā)展的組合構(gòu)件,對其研究具有非常重要的意義。文中首先介紹了散斑圖像相關(guān)數(shù)字技術(shù)的基本原理,然后給出了變形計算公式。為彌補傳統(tǒng)測量方法的不足,在薄壁鋼管混凝土長柱偏壓破壞實驗中,引入了散斑圖像相關(guān)數(shù)字技術(shù),對長柱跨中截面的全過程變形(位移)進行了測量,并對測量結(jié)果進行了分析與討論,同時還與傳統(tǒng)測量方法所得結(jié)果進行了對比分析。實驗結(jié)果與分析表明:該方法具有較高的精度和工程可用性,可克服傳統(tǒng)測量方法中的一些弊端,且對實驗設(shè)備和測量環(huán)境要求不高,很適合現(xiàn)場非接觸測量。

提出一種新的電鍍金剛石工具鍍層與基體結(jié)合強度測試方法。分別制備了亮鎳和添加稀土的電鍍結(jié)合劑鍍層。鍍層試件經(jīng)過制斑與加載,經(jīng)ccd采集成為數(shù)字圖像,通過數(shù)字圖像處理系統(tǒng)進行相關(guān)性計算,尋找到試件加載變形后的數(shù)字圖像采集區(qū)域,從而計算出采集區(qū)域內(nèi)的位移和應(yīng)變。通過鍍層與基體界面處應(yīng)變的變化,分析鍍層的結(jié)合狀態(tài)。實驗結(jié)果,鎳-鑭鍍層與基體的結(jié)合強度高于亮鎳鈹層與基體的結(jié)合強度。研究結(jié)果表明利用數(shù)字圖像相關(guān)方法測量鍍層與基體結(jié)合強度是一種簡單有效的方法。

固體材料受力后從彈性發(fā)展到塑性、再發(fā)展到破壞,表明屈服與破壞是不同的。本文簡述了巖土材料的屈服準則,并提出巖土材料的屈服準則體系,提出材料應(yīng)力場中點破壞和整體面破壞2種概念及其定義,并用傳統(tǒng)極限分析方法定義材料的整體面破壞準則?；仡櫡治鰝鹘y(tǒng)極限分析方法的求解特點,由此指出傳統(tǒng)極限分析法與數(shù)值分析法的不足,兩者結(jié)合形成近年發(fā)展的數(shù)值極限分析方法,使極限分析方法的適用范圍大幅擴大。就傳統(tǒng)極限分析法與數(shù)值極限法的內(nèi)涵、特點做深入的分析,論證了方法的可靠性,同時指出數(shù)值極限分析法的優(yōu)越性及其存在的問題,最后舉例說明數(shù)值極限分析方法在巖土工程中的邊(滑)坡、地基以及隧道工程中的廣泛適用性。

采用數(shù)值流形方法對巖質(zhì)邊坡的變形破壞過程進行了模擬。與擴展有限元xfem不同的是,數(shù)值流形方法通過不連續(xù)面切割數(shù)學覆蓋后所生成相互獨立的物理覆蓋來形成流形單元。為了模擬巖體材料連續(xù)-非線性破壞時的過渡過程,本次引入粘結(jié)裂紋擴展計算模型以及帶抗拉強度的mohr-coloumb準則判斷巖體因剪切破壞而發(fā)生的起裂與擴展。最后以西南地區(qū)某水電站高邊坡的漸進破壞過程為例進行了數(shù)值模擬,研究了裂紋擴展對于巖體穩(wěn)定性的影響,并給出了相應(yīng)的工程處理措施。

層狀巖石邊坡的傾倒破壞是巖石邊坡失穩(wěn)破壞的主要形式之一。本文利用數(shù)值流形方法對一層狀巖石邊坡的傾倒破壞過程進行了模擬。模擬結(jié)果表明:在不考慮塊體間粘結(jié)力的情況下,塊體間的摩擦角決定著巖石邊坡的穩(wěn)定性。隨著摩擦角的增加,塊體間的摩擦系數(shù)增大,巖石邊坡的穩(wěn)定性增強,并出現(xiàn)相應(yīng)的滑動區(qū)、傾倒區(qū)和穩(wěn)定區(qū)。模擬結(jié)果與相應(yīng)的理論預(yù)測結(jié)果相吻合。

巖石工程系統(tǒng)破壞的弱場控制探討——巖石工程系統(tǒng)的破壞發(fā)生在系統(tǒng)相對最薄弱部位和環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的弱場控制著巖石工程的承載力。在建立弱場控制概念的基礎(chǔ)上，提出了強度問題的弱場控制原理及其發(fā)生判據(jù)，利用數(shù)值分析和紅外監(jiān)測實驗相結(jié)合的研究方法，探討了含梯...

光測方法在巖石力學實驗觀測中的應(yīng)用述評——綜述了常用光測方法在巖石力學實驗觀測中的應(yīng)用，總結(jié)了這些光測方法相對于巖石力學中常用的其他方法的特點。最后在分析巖石力學實驗觀測新趨勢的基礎(chǔ)上，指出發(fā)展一種以數(shù)字散斑相關(guān)方法(dscm)為基礎(chǔ)的巖石力學...

本文綜述了二十年來數(shù)值模擬方法在我國巖石圈構(gòu)造研究中的應(yīng)用與發(fā)展狀況，主要涉及造山帶數(shù)值模擬、俯沖帶數(shù)值模擬、盆地數(shù)值模擬、上地幔小尺度對流數(shù)值模擬等幾方面內(nèi)容．為了研究中國大陸及其相鄰地區(qū)的巖石圈三維結(jié)構(gòu)，已經(jīng)取得許多區(qū)域性地質(zhì)調(diào)查和地球物理、地球化學等探測資料．同時以這些探測資料為基礎(chǔ)，國內(nèi)外科學家做了許多以該地區(qū)巖石圈構(gòu)造與演化為研究目的數(shù)值模擬工作．可以看出，數(shù)值模擬是巖石圈構(gòu)造與演化研究的有力工具，并已經(jīng)取得了卓著的成就．這些成果為繼續(xù)進行巖石圈構(gòu)造的研究奠定了基礎(chǔ)．