[發(fā)明專(zhuān)利]一種非連續(xù)變形測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810294857.7
• 申請(qǐng)日: 2018-04-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108662978B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 卿龍邦;曹?chē)?guó)瑞;丁紹強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01B11/00
• 分類(lèi)號(hào): G01B11/00;G01B11/02;G01B11/16
• 代理公司: 天津翰林知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長(zhǎng)杰

本發(fā)明涉及一種非連續(xù)變形測(cè)量方法，該測(cè)量方法的步驟如下：在被測(cè)物體表面繪制人工散斑圖案；安裝裝置；開(kāi)動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行加載實(shí)驗(yàn)，按照預(yù)先設(shè)定的采集幀率進(jìn)行圖像采集；根據(jù)實(shí)驗(yàn)荷載數(shù)據(jù)信息，均勻挑選圖像，進(jìn)行擴(kuò)展裂縫邊界檢測(cè)，并標(biāo)識(shí)出擴(kuò)展裂縫的邊界，得到裂縫擴(kuò)展區(qū)域，根據(jù)擴(kuò)展裂縫邊界的灰度坐標(biāo)信息，獲取裂縫擴(kuò)展尺寸；對(duì)裂縫擴(kuò)展區(qū)域進(jìn)行剝離，獲取裂縫剝離之后的圖像；對(duì)裂縫剝離后的圖像采用數(shù)字圖像處理方法進(jìn)行分析，獲取裂縫擴(kuò)展尖端所在位置以及該位置處的位移和應(yīng)變信息，進(jìn)而得到剝離裂縫擴(kuò)展區(qū)域后的全場(chǎng)位移和應(yīng)變信息。該方法能夠解決混凝土、巖石等準(zhǔn)脆性材料的非連續(xù)變形測(cè)量問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及實(shí)驗(yàn)力學(xué)數(shù)字圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種非連續(xù)變形測(cè)量方法。

背景技術(shù)

當(dāng)在外力作用下，混凝土、巖石等材料未產(chǎn)生很大變形時(shí)，其表面通常會(huì)伴隨有裂縫的產(chǎn)生，在斷裂力學(xué)領(lǐng)域中，將具有上述破壞特征的材料稱(chēng)為準(zhǔn)脆性材料。由于準(zhǔn)脆性材料在產(chǎn)生裂縫后，其表面將不再保持為連續(xù)狀態(tài)，因此將準(zhǔn)脆性材料的這種破壞方式稱(chēng)為非連續(xù)變形破壞。與準(zhǔn)脆性材料相對(duì)應(yīng)，能夠承受很大變形，且一般不會(huì)產(chǎn)生裂縫的材料，稱(chēng)為延性材料，如金屬、機(jī)械等，延性材料產(chǎn)生的破壞稱(chēng)為連續(xù)變形破壞。

裂縫作為準(zhǔn)脆性材料受力變形后所產(chǎn)生的一種外觀表象，已成為廣大科研工作者與工程技術(shù)人員關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。由于準(zhǔn)脆性材料的斷裂破壞過(guò)程始終伴隨有裂縫的產(chǎn)生，因此借助于一種可靠的試驗(yàn)測(cè)量手段，觀測(cè)準(zhǔn)脆性材料裂縫的擴(kuò)展過(guò)程，準(zhǔn)確獲取裂縫擴(kuò)展尺寸、裂縫擴(kuò)展尖端位置以及該位置處的真實(shí)位移和應(yīng)變信息，對(duì)于理解準(zhǔn)脆性材料的斷裂破壞機(jī)理，具有十分重要的科研意義與工程實(shí)用價(jià)值。

在實(shí)驗(yàn)力學(xué)領(lǐng)域中，數(shù)字圖像相關(guān)方法以其非接觸、全場(chǎng)測(cè)量且操作簡(jiǎn)便等優(yōu)良特性，逐漸得到了推廣與應(yīng)用。黃才政等(黃才政.基于數(shù)字圖像相關(guān)方法的混凝土斷裂過(guò)程區(qū)力學(xué)特性研究[D].重慶交通大學(xué),2016.)通過(guò)開(kāi)展混凝土三點(diǎn)彎曲預(yù)制缺口梁斷裂試驗(yàn)，結(jié)合數(shù)字圖像相關(guān)方法，對(duì)裂縫擴(kuò)展過(guò)程進(jìn)行了研究。圖2為其試件破壞前的圖像及在不同荷載階段下由數(shù)字圖像相關(guān)方法計(jì)算得出的全場(chǎng)水平應(yīng)變?cè)茍D，其中(a)給出了該試驗(yàn)中試件最終破壞時(shí)的圖形，由圖可看出在預(yù)制裂尖前端有一條豎向擴(kuò)展裂縫產(chǎn)生，(b)～(d)為不同荷載階段下由數(shù)字圖像相關(guān)方法計(jì)算得出的全場(chǎng)水平應(yīng)變?cè)茍D(圖中P_max代表峰值荷載，(↑)代表荷載上升段，(↓)代表荷載下降段)，可看出在裂縫產(chǎn)生后，裂縫擴(kuò)展位置處仍存在應(yīng)變信息，未能將裂縫區(qū)域進(jìn)行剝離。吳智敏等(Wu Z M,Rong H,Zheng J J,etal.An experimental investigation on the FPZ properties in concrete usingdigital image correlation technique[J].Engineering Fracture Mechanics,2011,78(17):2978-2990.)通過(guò)開(kāi)展混凝土三點(diǎn)彎曲梁斷裂試驗(yàn)，采用數(shù)字圖像相關(guān)方法，對(duì)混凝土斷裂過(guò)程區(qū)進(jìn)行了研究。圖3為試件破壞前的圖像及在不同荷載階段下由數(shù)字圖像相關(guān)方法計(jì)算得出的全場(chǎng)水平應(yīng)變?cè)茍D，其中(a)給出了試件最終破壞時(shí)的圖形，由圖可知該試件在最終破壞時(shí)有一條豎向裂縫產(chǎn)生，(b)～(c)為不同荷載階段下由數(shù)字圖像相關(guān)方法計(jì)算得出的全場(chǎng)水平應(yīng)變?cè)茍D，可看出在裂縫產(chǎn)生后，裂縫擴(kuò)展位置處仍存在應(yīng)變信息，未能將裂縫區(qū)域進(jìn)行剝離。

由以上兩個(gè)實(shí)例可看出，現(xiàn)有的數(shù)字圖像相關(guān)方法，在處理準(zhǔn)脆性材料的非連續(xù)變形破壞問(wèn)題時(shí)，存在以下不足之處：①無(wú)法自動(dòng)檢測(cè)裂縫擴(kuò)展邊界，獲取裂縫擴(kuò)展尺寸信息；②無(wú)法對(duì)裂縫擴(kuò)展區(qū)域進(jìn)行剝離，獲取裂縫擴(kuò)展尖端所在位置以及該位置處的真實(shí)位移和應(yīng)變信息。因此有必要結(jié)合現(xiàn)有的數(shù)字圖像處理技術(shù)，提出一種非連續(xù)變形測(cè)量方法，解決準(zhǔn)脆性材料的非連續(xù)變形測(cè)量問(wèn)題，服務(wù)于科學(xué)研究與實(shí)際工程領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容