颗粒材料平面剪切实验与剪切带相关研究

根据流体动力学中库爱特流流动的特点,设计了一种新型颗粒材料平面剪切实验装置,并采用数字图像相关方法(DIC)分析了颗粒材料剪切带的形成过程。结果表明:1该实验装置结合DIC方法可以观测到剪切带的形成过程;2剪切开始时,颗粒孔隙率发生变化,颗粒重新分布,形成了漩涡状剪应变区域,随着剪切的进行,剪应变逐渐增大,带状、漩涡状应变区域半径逐渐减小乃至消失,最终融合形成了一条连续的贯穿整个颗粒面的曲线带状区域,即为剪切带;3剪切带位置处于整个颗粒面上部1/4处,其分布区域宽度是颗粒最小粒径的9~12倍,最大粒径的3~4倍,剪切带平均厚度为分布区域宽度的1/2;4对比不同压强下的剪切实验结果,可以发现剪切带最终形成位置变化不大,压强对剪切带的形成位置影响较小,而剪切带处的剪应变大小与剪切带形成位置有关,剪切位置越深,剪应变越大。     

混凝土楔入劈拉破坏的数字图像相关方法研究

通过无损检测的光学测量方法——数字图像相关方法(DIC),对楔入劈拉试验过程中的混凝土进行了表面应变变化过程的测量。采用高分辨率摄像机进行试件表面图像的采集,通过数字图像相关方法对图片进行后处理,计算出试件表面每一点的应变量。通过对应变云图的分析,研究了混凝土在楔入劈拉试验过程中的裂纹扩展。结果表明,混凝土微裂纹往往出现在砂浆和骨料的边界处,并由此发展,此方法可以预判混凝土试件的破坏位置,可以用于结构监测和检测。     

基于机器视觉和数字图像相关技术的混凝土损伤演化研究

提出一种在试件损伤过程中,以数字图像方法所得应变场为基础,采用机器视觉识别快速获得对应损伤状态下试件表面裂缝分布的裂缝自动识别检测（Automated Crack Detection and Measurement,ACDM）方法. 采用三点弯曲试验,以夹式位移计测量裂缝口张开位移（Crack Mouth Opening Displacement,CMOD）作为参考用真实值,对ACDM的精度进行分析. 结果显示,CMOD小于0.05 mm时,ACDM识别的误差小于0.01 mm,ACDM方法可用于分析微裂缝尺度的混凝土损伤情况. 通过3组不同强度混凝土立方体试件的压缩试验,采用ACDM方法所得裂缝面积直接表征损伤指标来反映试件的损伤演化情况. 结果表明,在宏观裂缝出现之前,在不同损伤阶段下由ACDM方法所得损伤指标,对应数值变化均大于10-3,与目前表征损伤应变场的不均匀性变异系数（Cv）相比更为灵敏和准确.     

基于数字图像相关法的混凝土全场变形测量

为了解决混凝土构件实验中大刚体位移、低应变的变形特点使常用测量技术难以胜任实验测试要求的问题,采用提高数字图像相关法(DIC)形函数阶次和选择合适的相关函数以提高图像位移模式识别的精度;结合DIC位移识别精度分析了刚体位移对变形分析的不利影响,根据双点位移识别转动角度和受力变形特点提出了刚体位移消除方法;根据混凝土构件的力学变形特性提出了由位移场求解应变分布的方法,并进行了实测验证.数字模拟试验表明,改进后的数字图像相关法能很好地消除刚体位移的影响和提高测量分析精度,实测验证实验结果也能够很好地解释构件的受力变形分布特征.与目前常用的离散、接触式测量技术相比,针对混凝土构件实验特点进行改进后的数字图像相关法能够更好地适应工程实验测试的要求.     

温度对新旧混凝土粘结面剪切变形的影响

通过大量新旧混凝土粘结试件在高温后的剪切试验,研究了温度(常温到900℃)、冷却方式和粗糙度等主要因素对新旧混凝土粘结面剪切变形的影响,给出了相应的粘结面剪切滑移曲线,阐明了影响机理;为新旧混凝土粘结的数值模拟计算提供了参考。     

基于数字图像相关的力学测试系统设计与应用

针对电测方法需在试件表面粘贴应变片及单点测量局限,将数字图像相关方法(Digital Image Correlation,DIC)引入到材料力学性能测试分析中。设计二维DIC系统,并将其应用于三点弯曲沥青混凝土梁的变形和应变全场测试。根据应变云图,可以直观地观察到弯曲正应变沿梁横截面线性分布的特点。实验结果表明,DIC方法可以实现变形和应变分布的全场非接触和准确测量,可为土木工程试验提供可靠的测试手段。     

基于智能手机和数字图像相关的模型实验变形场测量标点法

为提高模型实验位移测量精度和效率,通过智能手机作为图像采集工具,结合数字图像相关技术获取不同载荷状态下附着于被测体表面标点的位移。基于标点法的基本原理引入刚体运动补偿法进行误差校正以提高测量精度,同时通过实验验证了标点法的可靠性。将标点法应用于相似材料模型实验变形场量测中,在模型表面设置自行研制的数字图像相关技术(digital image correlation, DIC)和全站仪两用标点,利用标点法获取岩层位移,并使用全站仪和百分表同步量测,验证其有效性。结果表明:通过刚体运动补偿法进行误差校正,标点法具有与商业测试系统相当的精度;标点法所测得岩层变化均与实际情况一致,该方法测量结果与百分表的测量结果最大相对偏差为6.1%,与全站仪最大相对偏差为5.7%,满足模型实验测量的精度要求。研究成果为进一步研究覆岩变形和动态沉陷规律提供了新的监测手段。     

基于数字图像的混凝土桥梁裂缝检测技术

应用visual C++6.0语言编制程序,研究了基于数字图像的桥梁裂缝检测方法,深入分析评价了图像灰度化、棋盘格角点求解像素率、滤波除噪、边缘检测等图像处理算法,实现了基于视频(或图像)的桥梁裂缝宽度计算和软件系统,并用15幅桥梁裂缝图像验证了其裂缝检测精度.结果表明:本文提出的裂缝识别方法能较好地用于钢筋混凝土桥梁和B类预应力混凝土桥梁的裂缝检测,当裂缝宽度大于0.3 mm时,图像计算出的裂缝宽度值与实测值非常接近,相对误差在6％以内;当裂缝宽度为0.2～0.3mm时,相对误差在10％以内.     

浅谈钢与混凝土组合梁的剪切破坏机理

钢-砼组合梁是利用钢材宜受拉,混凝土宜受压的特点,将两种材料通过连接件组合成为整体而共同发挥作用的一种新型结构。鉴于对组合粱在复合受力情况下的截面抗剪承载力的研究很少．本文主要分析了混凝土组合梁的剪切破坏机理。     

爆炸容器动态响应的三维数字图像相关方法实验研究

通过实验测量手段研究爆炸容器的动态响应和振动特性. 通过使用3D-DIC方法获取爆炸容器在不同炸药药量情况下工作过程中的变形场信息,对容器封头和侧壁中环面的测量结果进行频谱分析得到了两个部位的主要频率,确定了爆炸罐的振动频谱分布情况. 结合有限元模拟方法,使用ANSYS软件模态分析模块建立容器的有限元模型,得到了容器各阶振动模态的固有频率,与DIC结果对比确定了爆炸罐的主要振动模态和振型,证明了本方法在研究容器振动领域的可行性和可靠性.     

粉质黏土与再生混凝土接触面剪切特性试验研究

采用大型直剪仪进行粉质黏土与再生混凝土及普通混凝土的接触面剪切试验,用建筑垃圾和铁尾矿配制再生混凝土,接触面采用在粉质黏土上现浇混凝土形成,研究不同法向应力下接触面的剪切特性。试验结果表明：再生混凝土接触面的剪切位移-剪应力(w-τ)曲线与普通混凝土接触面的类似,接触面的抗剪强度与法向应力呈线性关系,在相同法向应力下再生混凝土接触面的抗剪强度大于普通混凝土接触面的抗剪强度,两种接触面的抗剪强度均小于土体自身的抗剪强度;接触面的初始剪切刚度模量随着法向应力的增加而增大,剪切刚度模量与大气压强的比值(G/Pa)和法向应力与大气压强的比值(σ/Pa)在双对数坐标系上呈线性关系。     

基于数字图像相关的塑性变形识别方法

为了检测金属构件表面的塑性变形,提出了一种基于加权光强相关系数的塑性变形识别方法．该方法利用数字图像相关方法,搜索变形后被测点的位置,然后将加权因子引入光强相关系数的计算。并以此来判断被测点是否已经进入了塑性变形阶段,最后用试验对完整的试件和带缺口的试件分别进行了弹塑性边界和塑性区域识别．研究结果表明,该方法能够准确地判断试件是否进人塑性变形阶段,并且能直观地识别出塑性区域．     

基于数字照相的砂土剪切变形模式的试验研究

利用自行研制的数字照相量测软件包Photolnfor和自行设计的大型剪切试验装置，在不同围压下，对砂土的剪切变形模式以及土体变形局部化的发生、发展和演变过程进行了全面观测．结果表明：砂土变形区域呈纺锤型，由多条曲线形大变形带和带间小变形区组成，不同围压下的剪切变形模式基本相近；土体最终形成的剪切带与初期发生的局部变形带并不完全重合；土体剪切变形可分为初期全域快速弹性变形、中期局部区域塑性变形与后期剪切带内集中塑性变形三个阶段．     

多点动位移数字图像相关法光测技术研究

动位移测量在诸多工程领域中有着大量需求,针对现有各种测量技术仍然存在着效率低、精度差、成本高等局限性。基于数字图像相关(digital image correlation, DIC)原理,建立了一套多点动位移高精度光测技术及系统。首先设计了一种基于同心圆的靶标专用图案,用于测点的自动识别及图像的自动标定,并通过对硬件配套软件SDK(software development kit)的二次开发,构建形成了可同时适用于无线和有线工业相机的硬件架构,最终开发形成多点动位移DIC光测软件系统。采用3等精度量块对该系统进行精度校准试验,结果表明该系统测量精度为0.01 mm,系统基本误差为0.05%,灵敏度为0.2%。进一步开展典型应用场景测试,发现该系统在低频振动测量时具备与高精度激光位移传感器相当的精度,而对于高频振动场景,采用高频率相机也可实现动位移高精度实时测量。可见该系统与激光位移传感器等相比有显著优势,可在实验室测量、工程现场测试等场景中推广应用。     

数字图像相关的不锈钢真实应力应变关系测量

工程上广泛应用的名义应力应变曲线,在材料发生大变形时,由于应力和应变不再沿着试件均匀分布,因而不能真实反映材料在塑性阶段的本构关系。在不锈钢标准板的拉伸试验中连续采集试件散斑表面的数字图像,采用数字图像相关技术对序列数字图像进行相关运算以获得其每个变形状态下的变形场,得到了整个拉伸过程中试件的变形形态。以光学虚拟引伸计的方法分别测量横向和竖向的实时应变数据,结合体积不变理论计算得到真实应力应变曲线。采用Johnson-Cook材料模型对真实应力应变曲线进行拟合,得到了塑性本构关系;最后根据以上实验结果和真实应力应变曲线获取了材料的力学特性参数。实验结果表明了基于数字图像相关方法对不锈钢真实应力应变关系测量的有效性和可靠性,对实验结果的真实应力应变曲线后处理,获得不锈钢材料的弹性模量为169 GPa,屈服强度为236.8 MPa,并获得了Johnson-Cook简化模型的所有三个参数A、B和n的数值。     

钢筋锈蚀对混凝土梁破坏模式影响的试验研究

研究钢筋锈蚀对混凝土梁破坏模式的影响.对4组共21根不同剪跨比、不同锈蚀程度的混凝土梁进行了试验,研究发现,纵向配筋率及剪跨比相同的情况下,随着纵筋、箍筋锈蚀程度的变化,梁会产生弯曲、剪压、剪切-粘结3种不同形态的破坏.针对此现象,基于试验研究结果并结合相关文献的试验结果,根据现行规范中的分析理念建立了考虑剪跨比、箍筋锈蚀率、纵筋锈蚀率及粘结退化等因素影响的锈蚀混凝土梁受剪承载力计算公式.据此再考虑弯剪区的平衡条件,分析讨论得出了试验梁产生破坏形态转变的临界条件和锈蚀混凝土梁构件的综合承载能力的变化规律,从而建立了锈蚀混凝土梁破坏模式转变的分析模型.据此模型分别以纵筋锈蚀率和箍筋锈蚀率为横、纵轴,考虑剪跨比等因素得出临界曲线划分的破坏形态区域与试验结果吻合较好.     

Effect of speckle size on surface crack detection via digital image correlation

Digital image correlation (DIC) is an experimental stress analysis technique used in nondestructive tests. The accuracy of DIC in crack detection depends on various factors such as the sizes of speckles and pixels. In the current study, a speckle pattern based on the spreading of nanoparticles with small speckles is compared with a conventional sprayed pattern to understand whether crack detection via DIC is improved by reducing the sizes of speckles and pixels. Owing to the small size of nanoparticles, an optical microscope is used for magnification. The spreading method for crack detection is first investigated experimentally. Results show that cracks can be detected easily when a 250 nm opening appears in the crack edges. Subsequently, the spreading method is compared with the conventional DIC, in which the spraying method is used for patterning, in terms of crack detection. Results show that by reducing the speckle size and closely analyzing the speckle pattern, the DIC technique is considerably better than the conventional technique in detecting small cracks. Moreover, the conventional method is more suitable for detecting large cracks.     

基于混沌序列的数字图像加密

目的 为了保证数字图像的安全性和可靠性,提出混沌序列对称加密算法对数字图像进行加密.方法 设计了基于Logistic映射模型的混沌序列对称加密算法,实现对数字图像的混沌加密及解密.结果 加密实例表明加密图像已经完全掩盖了原图的内容,原图的灰度分布也得到了掩盖.结论 基于Logistic映射的混沌加密是一种安全、有效、快速的加密方法.