[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

技術領域：

本發明屬于顆粒體系力鏈識別技術領域，涉及一種顆粒體系動力鏈識別的方法，實時計算顆粒力和位移等宏觀物理量，實現顆粒體系動力鏈的識別及提取。

背景技術：

顆粒物質作為大量離散顆粒相互作用形成的復雜體系普遍存在于自然界、日常生活及生產中，其力學性質介于固體和液體之間，又遠比普通固體和液體更為復雜，不能簡單用傳統的固體力學、流體力學理論或凝聚態物理學知識予以解釋。2005年，顆粒物質與湍流一并被《Science》列為100個科學難題之一，顆粒物質的基礎力學問題研究成為近年來科學的前沿，也是國內外學者研究的熱點問題。

顆粒物質的多尺度力學問題涉及體系內部結構各層次性質及各層次之間的關聯。認為從多尺度結構和相關物理機制的角度研究顆粒物質是突破口，以多尺度的方法剖析是解決顆粒物質力學問題的有效途徑之一，鄭穎人院士曾指出“探索新理論和新模型,在巖土塑性力學中引入損傷力學，不連續介質力學以及智能算法等新理論；宏觀與細觀結合，開創新一代土的結構性本構模型”。顆粒體系多尺度中，宏觀尺度是研究的顆粒體系，微觀尺度是組成體系的顆粒單體，細觀尺度是相鄰顆粒單體以各種形式相互作用，由幾個或者十幾個顆粒持續接觸作用形成具有準直性的力傳遞路徑-力鏈，顆粒內部由荷載作用形成的力鏈網路在力的傳遞和能量耗散中起了重要作用。這些顆粒體系內部的微細觀作用都體現于宏觀材料的體積應變和變形特性。因此，力鏈的動力學響應決定宏觀尺度的力學行為，是顆粒物質力學研究的關鍵問題和主要矛盾，成為近年來科學的前沿，也是國內外學者研究的熱點問題。

目前，在力鏈分析中主要采取的是理論分析，數值模擬和實驗測量的方法。然而，當前的顆粒力學理論分析遇到極大困難，尚未提出一個正確表達應力-應變關系的本構模型，數值模擬只是在有限的顆粒個數和形狀的顆粒體系中展開模擬，具有很大的局限性，且計算量大，模擬結果僅屬于指導性結論，難以滿足理論研究和工程實際的需要。因此，實際實驗的測量成為人們日益關注的重點，也是現階段最有效和直接的研究手段。

天平稱重法和復寫紙壓痕法是常用的接觸式力的檢測方法。隨著科技的發展，一些非接觸式測量手段被用于顆粒體系力學性能檢測，比如聲發射、掃描電鏡、三維X射線衍射、X射線計算機斷層掃描方法、核磁共振，但這些方法對環境及設備要求過高，使用并不廣泛。由于光彈顆粒受力會在顆粒表面形成明暗相間的條紋，顆粒內部受力觀測直觀、快捷，而且對該條紋進行處理可以實現顆粒內部應力計算。因此，光彈法逐漸成為人們觀測顆粒體系力學性能的主要方法，為研究砂土顆粒的性質提供了幫助。但現階段開展的光彈實驗僅是模型實驗，而真實顆粒由于具有不同形狀、表面有紋理和材質不透明的特點，無法利用光彈法進行實際測量，因此，光彈實驗結果僅能為真實砂土顆粒受力模型及本構關系提供參考，不足以為大多數實際工程直接采納，有一定的局限性。同時，尚未見有關于真實顆粒體系動力鏈實際測量方法的相關報道。

發明內容：

本發明的目的在于克服現有技術存在的缺點，尋求設計提供一種顆粒體系加載過程中動力鏈的識別方法，實時計算顆粒力和位移等宏觀物理量，并實現顆粒體系動力鏈的識別及提取。

為了實現上述目的，本發明通過CCD攝像機(德國Basler，型號：scA1600-14fm)、島津萬能試驗機(型號：AG-IC50kN)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(Charge?Coupled?Device,電荷耦合器件)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；