[發明專利]一種顆粒體系動力鏈的識別方法

有效

• 申請號: 201410268526.8
• 申請日: 2014-06-17
• 公開（公告）號: CN104007047A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 陳凡秀;張慧新;莊琦;孔亮
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00;G06T7/00;G06F19/00
• 代理公司: 青島高曉專利事務所 37104
• 代理人: 黃曉敏

1.一種顆粒體系動力鏈的識別方法，其特征在于通過CCD攝像機、島津萬能試驗機和實驗容器共同完成，其具體工藝步驟為：

(1)、先將顆粒體系在平面應變狀態下加載，使顆粒體系變形真實可見，利用CCD攝像機實時監測并自動采集顆粒體系變形圖像；

(2)、再采集變形前顆粒體系圖像，并保存為bmp圖像格式，作為原始圖像；

(3)、對顆粒體系進行加載，并以固定時間間隔采集顆粒體系變形圖像，得到多個時刻顆粒體系變形圖，作為目標圖像；

(4)、對采集得到的原始圖像和目標圖像進行分析，將目標圖像與原始圖像利用現有的數字圖像相關方法進行分析，得到目標圖像對應時刻的顆粒體系面內位移場和應變場；其中數字圖像相關方法的原理為：對變形前后測量物體表面的兩幅數字圖像，利用灰度不變特性，匹配變形前后采集圖像上的幾何點，跟蹤幾何點的運動，獲得物體表面變形信息，即在變形前的圖像中取待求點P(x,y)為中心的(2N+1)×(2N+1)大小的計算子區S，在變形后的目標圖像中移動，按歸一化的最小平方距離相關函數進行計算，尋找以相關系數C出現極值所對應的點P‘(x+u,y+v)為中心的(2N+1)×(2N+1)大小的目標子區S′，則u、v分別為點P(x,y)沿x方向和y方向的位移；歸一化的最小平方距離相關函數公式：

CZNSSD=Σi=-NNΣj=-NN[f(xi,yj)-fmΔf-g(xi′yj′)-gmΔg]2]]>

Δf=Σi=-NNΣj=-NN[f(x,y)-fm]2]]>

Δg=Σi=-NNΣj=-NN[g(xi′,yj′)-gm]2]]>

其中，f(x,y)是變形前計算子區S的中心點P(x,y)的灰度值，g(x,y)是變形后目標子區S′中心點P‘的灰度值；f_m和g_m是變形前子區和目標子區的灰度平均值；N是正整數，N的具體數值在計算過程中自行設置；Δf是變形前各點灰度與平均灰度的差的平方和，Δg是變形后各點灰度與相應平均灰度的差的平方和，C_ZNSSD代表歸一化的最小平方距離相關函數公式。

(5)、將應變場內每一點的應變代入平面應變狀態下的應力-應變關系式,得到各點的應力；

σx=E1-μ2(ϵx+ϵy)]]>

σy=E1-μ2(ϵy+μϵx)]]>

τxy=E2(1+μ)γxy;]]>

其中，ε_x，ε_y，γx_y分別為點的x方向應變、y方向應變和剪切應變；σ_x，σ_y，τx_y分別為點的x方向應力、y方向應力和剪切應力；E為彈性模量，μ為泊松比；

(6)、對步驟(3)中采集得到的目標圖像利用Canny算子進行圖像邊緣檢測，采用Hough變換對顆粒形心進行識別，讀取顆粒形心坐標和各顆粒的接觸點位置坐標；

(7)、對各顆粒建立力的平衡和力矩平衡方程：其中N_C為顆粒接觸點個數，fⁱ為第i個接觸點處的接觸力，sⁱ為第i個接觸點相對于坐標原點的方向向量；

(8)、計算得到各顆粒上不同接觸點處的接觸力fⁱ的大小和方向；

(9)、利用常規使用的matlab軟件將各顆粒接觸力畫出，通過箭頭的長短、粗細及顏色來區分力的大小；相鄰顆粒間接觸力連續表示出來的圖形即為動力鏈的路徑。

2.根據權利要求1所述顆粒體系動力鏈的識別方法，其特征在于所述CCD攝像機為型號scA1600-14fm的市售產品，島津萬能試驗機為型號AG-IC50kN的市售產品；實驗容器的主體結構包括剛性槽、有機玻璃、第一螺絲和第二螺絲，由剛性槽和有機玻璃通過第一螺絲固定成一個整體，有機玻璃的厚度根據實驗條件進行更換，有機玻璃和剛性槽之間的距離通過添加墊板進行調節，并通過第二螺絲固定在實驗平臺上。