[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

本發明公開了一種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，并將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的圖像，對待研究散體材料的剪切特性進行定量化表征。本發明為散體領域研究開拓了新方法，也為各類散體系統的安全性研究提供了理論支撐。

技術領域

本發明涉及散體力學研究技術領域，特別涉及一種基于圖像識別的散體剪切特性演化規律研究方法。

背景技術

散體系統是生活中最常見的現象，也是工程中常見的系統。其失穩過程為剪切破壞，探究剪切過程中的散體的力學特性和運動特性是研究散體系統的基礎。在自然界中，散體系統通常呈自然堆積狀態，其內部的不均勻性包括尺寸、形狀以及賦存狀態，這些因素決定了散體系統的復雜性。因此，研究散體的不均勻性對剪切特性，包括應力、位移、旋轉、剪切帶與渦旋的演化過程有重要影響，對散體系統的安全性具有重要意義。

目前，為研究散體剪切特性，主要是基于散體剪切試驗進行力學特性及其影響因素分析。分析散體系統的剪切特性對散體系統的堆存、處理以及失穩預測具有重要意義。但是，目前在散體剪切特性的研究中，剪切過程涉獵較少，基本都是從剪切結果推斷剪切過程，或者采用離散元數值模擬匹配剪切結果，進而觀察剪切過程的演化。此外，剪切過程不可視，無法實時探究剪切過程中剪切面的位移、速度、旋轉以及剪切帶的生成。且由于剪切設備的小型化和不可視，學者在研究過程中往往都忽略了散體系統的流動特性，對散體渦旋的研究少之又少。針對散體系統的剪切運動特性以定性分析為主，缺乏定量表征。

發明內容

本發明提供了一種基于圖像識別的散體剪切特性演化規律研究方法，以解決現有的散體剪切試驗中，剪切過程不可視、無法實現散體剪切運動特性，如位移、速度、旋轉、剪切帶和渦旋演化的實時監測與定量表征的技術問題。

為解決上述技術問題，本發明提供了如下技術方案：

一種基于圖像識別的散體剪切特性演化規律研究方法，該方法包括：

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。

進一步地，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。

進一步地，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。

進一步地，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。

進一步地，所述透明面板與所述剪切盒的盒體之間為可拆卸連接。