[發明專利]一種基于圖像識別的散體剪切特性演化規律研究方法

在審

• 申請號: 202110110405.0
• 申請日: 2021-01-27
• 公開（公告）號: CN112924302A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 金愛兵;唐坤林;孫浩;劉策;李木芽;陳帥軍
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/06;G01N19/02
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波;付忠林

1.一種基于圖像識別的散體剪切特性演化規律研究方法，其特征在于，所述基于圖像識別的散體剪切特性演化規律研究方法包括：

根據待研究散體材料的粒徑級配確定剪切盒的尺寸，并對所述剪切盒進行改裝；其中，對剪切盒進行改裝包括：將所述剪切盒的前面板改裝為透明面板；

將待研究散體材料裝填到改裝后的剪切盒中，并在改裝后的剪切盒上覆蓋上壓板和滑動加壓裝置，對待研究散體材料進行散體剪切試驗；

采用圖像識別設備，透過改裝后的剪切盒的前面板，對散體剪切試驗過程中，剪切盒內所裝填的待研究散體材料的剪切過程實時進行圖像采集和記錄；

基于記錄的剪切過程圖像，對待研究散體材料的剪切特性進行定量化表征。

2.如權利要求1所述的基于圖像識別的散體剪切特性演化規律研究方法，其特征在于，所述對散體剪切試驗過程中，剪切盒內所裝填的待研究散體材料的剪切過程實時進行圖像采集和記錄，包括：

通過圖像采集的方式對待研究散體材料剪切過程中剪切面顆粒的位移和旋轉、剪切帶的生成和演化，以及渦旋的生成和演化過程進行識別和記錄。

3.如權利要求2所述的基于圖像識別的散體剪切特性演化規律研究方法，其特征在于，所述剪切特性包括：散體材料的力學特性和運動特性；其中，

所述力學特性包括：剪切強度、殘余強度、內摩擦角和摩擦系數；

所述運動特性包括：剪切過程中剪切面顆粒的位移、速度、旋轉、剪切帶的生成與演化，以及渦旋的生成與演化。

4.如權利要求2或3所述的基于圖像識別的散體剪切特性演化規律研究方法，其特征在于，所述渦旋為散體材料速度渦旋，為剪切過程中部分顆粒速度矢量圍繞某個中心呈旋轉的特性。

5.如權利要求1所述的基于圖像識別的散體剪切特性演化規律研究方法，其特征在于，所述透明面板與所述剪切盒的盒體之間為可拆卸連接。

6.如權利要求1所述的基于圖像識別的散體剪切特性演化規律研究方法，其特征在于，所述待研究散體材料的粒徑小于改裝后的剪切盒尺寸的十分之一。

7.如權利要求1所述的基于圖像識別的散體剪切特性演化規律研究方法，其特征在于，所述基于記錄的剪切過程圖像，對待研究散體材料的剪切特性進行定量化表征，包括：

處理所述圖像識別設備所記錄的圖像的差異，分析其中的趨勢走向，將圖片信息數字化，進行數學建模，對所需剪切特性進行定量化表征；

將剪切面顆粒的位移、旋轉、剪切帶的演化和渦旋的演化與剪切位移有機結合，交叉分析剪切過程中待研究散體材料的運動特性與力學特性的內在聯系。

8.如權利要求1所述的基于圖像識別的散體剪切特性演化規律研究方法，其特征在于，所述方法還包括：

對待研究散體材料進行預處理，并將預處理后的待研究散體材料裝填在改裝后的剪切盒的透明面板處；其中，所述預處理包括噴漆和/或散斑；

所述剪切特性的識別包括：基于預處理后的待研究散體材料進行識別和基于待研究散體材料的輪廓進行識別。

9.如權利要求1所述的基于圖像識別的散體剪切特性演化規律研究方法，其特征在于，所述基于記錄的剪切過程圖像，對待研究散體材料的剪切特性進行定量化表征，包括：

針對剪切試驗過程中所記錄的全部圖像進行系列處理，得到每種剪切特性對應的時間規律；并結合位移計所測剪切位移對剪切特性進行空間分布表征。

10.如權利要求9所述的基于圖像識別的散體剪切特性演化規律研究方法，其特征在于，所述對待研究散體材料的剪切特性進行定量化表征，包括：

對散體材料位移、速度、旋轉、剪切帶和渦旋和力學特性進行定量化表征；

其中，所述散體材料位移、速度和旋轉的定量化表征為不同位置、不同粒徑的顆粒隨剪切位移及其散體本身特性的定量分析；所述剪切帶的定量化表征為剪切帶形狀、位置、生成時間、傾角隨剪切位移及其散體本身特性的定量化表征；所述渦旋的定量化表征為渦旋的大小、位置、演化軌跡隨剪切位移的定量化及其散體本身特性的定量化表征；所述力學特性的定量化表征為散體剪切強度、殘余強度隨顆粒位移、速度、旋轉、剪切帶及渦旋的演化的定量化表征。