基于3D-DIC技术的岩石变形特性及其变形局部化演化试验研究
发布时间：2021-01-11 03:48
岩石的力学性质受到许多因素的影响,例如岩石本身的成分和结构、含水率和围压等。研究岩石力学性质最主要的方法是进行力学试验,许多专家和学者进行了大量的不同条件下岩石的单轴、三轴压缩试验,研究岩石的强度和变形特征,并借助各种先进的设备对岩石内部的损伤和破坏过程进行监测监控。为给保障岩土工程施工安全和维护岩石工程的稳定性提供一定的理论依据,本文以砂岩、原煤、江持安山岩、狄野凝灰岩为研究对象,通过开展不同围压、不同含水状态条件下岩石的三轴压缩试验,分析了围压、含水状态和岩性对岩石变形特性及变形局部化演化的影响,其主要研究工作及取得的研究结论如下:（1）在峰值应力之前,不同试验条件下的岩石试件表面的应变均匀分布,变形以一个近似恒定的速率增长,峰值应力附近出现变形集中的区域,但此时变形集中区域内外的应变相差不大,到峰值应力之后变形集中区域内的应变快速增加,形成变形局部化带,最终在变形局部化带的位置出现宏观破裂裂纹。（2）各试验条件下岩石试件不同位置虚拟应变片应变在峰值应力之前基本一致且近似呈线性增长,岩石试件的变形较为均匀,峰值应力之后由于不同位置试件的损伤和破坏情况不同而产生较大的分离,不同位置主...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：132 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数字图像相关原理图[61]
重庆大学硕士学位论文8其中，C=1时代表两个子区域为完全相关，C=0时则代表两个子区域为不相关。3D-DIC则是由Lou等[62]最先提出，其原理是将双目立体视觉原理和散斑图像匹配技术相结合，从而还原变形前后被测物体表面的三维空间坐标，获得物体表面形貌及三维空间坐标。①3D-DIC系统的测量原理1）双目立体视觉基本原理双目立体视觉基本原理如图2.2所示，在目标物体前方布置呈一定夹角的两台相机，假设在空间中有M和N两个点，M点在相机1和相机2的相平面中各自对应的像点为m和m,点，在知道相机的参数和m、m,点分别在两个相平面的坐标的前提下，就可以唯一确定在空间中M点。同理可以根据m和n,两个像点便可在空间中唯一确定点N。因此根据相同的原理，可以确定物体表面在分析区域内每个点的空间坐标。图2.2双目立体视觉技术基本原理示意图Fig.2.2Schematicdiagramofbinocularstereovisiontechnoogy2）散斑图像匹配在双目立体视觉技术的基础上，对两个相机采集到的散斑图像进行匹配，便可以对试件的变形进行测量，如图2.3所示。图像匹配的一方面是相关搜索，这个过程主要匹配同一台相机拍摄的同一物体在不同变形状态下的散斑图像，另一方面是进行立体匹配相机1和相机2拍摄的同一物体在相同变形状态下的散斑图像。如图2.3所示，首先在相机1拍摄的散斑图像中选取一个分析计算区域，然后在分析区域中选取一个种子点，在相机2中应用图像散斑匹配的相关算法进行种子
2岩石表面变形非接触测量方法及其测试系统9点的匹配，完成后即意味着建立好了同一目标在相机1和相机2相对应点的联系；对相机1中的分析区域进行所有状态下散斑图像的相关匹配，根据已经匹配成功的种子点对相机2中的散斑图像一次进行完相关匹配，最终实现在所有状态下相机1和相机2全部散斑图像的成功匹配。试验的过程中，采集到的一系列散斑图像，以第一张图像状态为基准，对后面的图像进行变形计算。结合双目立体视觉原理和图像匹配技术，最终可以通过软件计算出物体表面的三维变形场信息。图2.3散斑图像匹配Fig2.3Speckleimagematching2.23D-DIC非接触变形测试系统构建研究岩石物理力学性质的重要手段是进行常规三轴压缩试验，三轴应力状态下岩石的力学性质更接近于实际工程中的复杂应力状态下岩体的力学性质，可以作为岩土工程的设计和施工的理论依据。已经有很多关于三轴压缩试验条件下岩石力学性质的成果，但是由于传统三轴压缩试验多是用金属材料制作的压力室，其可以进行较高围压下的三轴压缩试验，但由于压力室不透明的特点导致无法观测到在试验过程中试件表面的变形和破坏情况。借助重庆大学自主研发的可视化三轴压缩伺服控制试验系统[63]，能够较好地实现对试验过程中岩石表面的变形破坏进行观测并且实时记录和采集。可视化三轴压缩伺服控制试验系统可以实现岩石的单轴压缩、常规三轴压缩、巴西劈裂以及蠕变、松弛和广义应力松弛等力学试验。应用透明的三轴压力室特征，构建了3D-DIC系统，采用了三组三维采集单元进行同步采集散斑图像，实现三轴试验系统与3D-DIC系统的信号同步进行，并通过对岩石试验过程中采集的散斑图像进行计算，从而获得试件表面的变形场云图。可视三轴伺服控制试验系统的原理示意图和实物图如图2.4?
本文编号：2970020
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：132 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数字图像相关原理图[61]
重庆大学硕士学位论文8其中，C=1时代表两个子区域为完全相关，C=0时则代表两个子区域为不相关。3D-DIC则是由Lou等[62]最先提出，其原理是将双目立体视觉原理和散斑图像匹配技术相结合，从而还原变形前后被测物体表面的三维空间坐标，获得物体表面形貌及三维空间坐标。①3D-DIC系统的测量原理1）双目立体视觉基本原理双目立体视觉基本原理如图2.2所示，在目标物体前方布置呈一定夹角的两台相机，假设在空间中有M和N两个点，M点在相机1和相机2的相平面中各自对应的像点为m和m,点，在知道相机的参数和m、m,点分别在两个相平面的坐标的前提下，就可以唯一确定在空间中M点。同理可以根据m和n,两个像点便可在空间中唯一确定点N。因此根据相同的原理，可以确定物体表面在分析区域内每个点的空间坐标。图2.2双目立体视觉技术基本原理示意图Fig.2.2Schematicdiagramofbinocularstereovisiontechnoogy2）散斑图像匹配在双目立体视觉技术的基础上，对两个相机采集到的散斑图像进行匹配，便可以对试件的变形进行测量，如图2.3所示。图像匹配的一方面是相关搜索，这个过程主要匹配同一台相机拍摄的同一物体在不同变形状态下的散斑图像，另一方面是进行立体匹配相机1和相机2拍摄的同一物体在相同变形状态下的散斑图像。如图2.3所示，首先在相机1拍摄的散斑图像中选取一个分析计算区域，然后在分析区域中选取一个种子点，在相机2中应用图像散斑匹配的相关算法进行种子
2岩石表面变形非接触测量方法及其测试系统9点的匹配，完成后即意味着建立好了同一目标在相机1和相机2相对应点的联系；对相机1中的分析区域进行所有状态下散斑图像的相关匹配，根据已经匹配成功的种子点对相机2中的散斑图像一次进行完相关匹配，最终实现在所有状态下相机1和相机2全部散斑图像的成功匹配。试验的过程中，采集到的一系列散斑图像，以第一张图像状态为基准，对后面的图像进行变形计算。结合双目立体视觉原理和图像匹配技术，最终可以通过软件计算出物体表面的三维变形场信息。图2.3散斑图像匹配Fig2.3Speckleimagematching2.23D-DIC非接触变形测试系统构建研究岩石物理力学性质的重要手段是进行常规三轴压缩试验，三轴应力状态下岩石的力学性质更接近于实际工程中的复杂应力状态下岩体的力学性质，可以作为岩土工程的设计和施工的理论依据。已经有很多关于三轴压缩试验条件下岩石力学性质的成果，但是由于传统三轴压缩试验多是用金属材料制作的压力室，其可以进行较高围压下的三轴压缩试验，但由于压力室不透明的特点导致无法观测到在试验过程中试件表面的变形和破坏情况。借助重庆大学自主研发的可视化三轴压缩伺服控制试验系统[63]，能够较好地实现对试验过程中岩石表面的变形破坏进行观测并且实时记录和采集。可视化三轴压缩伺服控制试验系统可以实现岩石的单轴压缩、常规三轴压缩、巴西劈裂以及蠕变、松弛和广义应力松弛等力学试验。应用透明的三轴压力室特征，构建了3D-DIC系统，采用了三组三维采集单元进行同步采集散斑图像，实现三轴试验系统与3D-DIC系统的信号同步进行，并通过对岩石试验过程中采集的散斑图像进行计算，从而获得试件表面的变形场云图。可视三轴伺服控制试验系统的原理示意图和实物图如图2.4?
本文编号：2970020
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