基于CT扫描和数字体相关法的页岩各向异性三维变形场特征研究

为了获得层状页岩各向异性三维变形场特征,对四川盆地龙马溪组层状页岩开展单轴压缩试验,并利用Micro-CT原位扫描,以原位扫描获得的数字图像作为变形信息载体,基于局部数字体积相关法(digital volume correlation,简称DVC)和全局DVC方法计算单轴压缩条件下层理页岩变形场,研究页岩变形演化的层理效应。结果表明:随着载荷增加,页岩试件整体位移场梯度逐渐向层理方向演化。不同层理页岩试件的高应变集中区呈现出不同的模式,0°试件受张拉和剪切作用共同影响,在中部区域应变集中明显,裂缝集中于中部发育;45°试件在加载后期张拉应变和剪应变集中区同时出现,裂缝发育遇层理面出现明显拐折,裂缝的演化由张拉和剪切作用共同控制;90°试件在整个加载过程中张拉应变集中显著,裂缝沿垂直层理面平行发育,试件破坏受控于张拉作用。Micro-CT的高分辨率原位扫描图像结合局部DVC和全局DVC获取的变形场和应变场能够反映各向异性页岩的变形破坏规律,为页岩变形演化的层理效应研究提供了方法。

单轴压缩湿砂样局部及整体体积应变的数字图像相关方法观测

确定体积应变局部化区域对于涉及孔隙流体的地质灾害研究具有重要意义。体积应变局部化区域可能比最大剪切应变局部化区域更接近于孕灾地点。在单轴压缩位移控制加载条件下,测试了3个湿砂样(含水率为12.7%~17.1%)的应力–纵向应变曲线,在微裂纹出现之前及稍后,利用自主开发的基于粒子群优化的数字图像相关(DIC)方法计算了砂样的局部体积应变的变化规律。研究发现,在加载过程中,局部体积应变由均匀分布(近似线性阶段)向不均匀分布(硬化阶段)转变,直至出现局部体积应变局部化现象。在剪切带切向上,和最大剪切应变的相对均匀分布相比,局部体积应变的分布具有多峰性,这应与周期性的微裂纹出现有关。在微裂纹出现稍前,剪切带的变形是以膨胀为主,剪切带已较为显著,带内的最大剪切应变和局部体积应变分别比带外多2倍和4倍,但在此前,剪切带的膨胀和收缩现象共存。计算了所有测点所围区域的整体体积应变随纵向应变的演变规律。基于DIC方法的整体体积应变计算方法的优越性在于:具有亚像素精度,考虑了应变二阶量的影响。

三维数字图像相关法及其在水泥基材料变形研究中的应用

三维数字图像相关法(three-dimensional digital image correlation,3D-DIC)又称三维数字散斑相关法(threedimensional digital speckle correlation method,3D-DSCM),是一种新型的非接触式全场光学测量方法。与比长仪等传统方法相比,三维数字图像相关法具有测量精度高,可准确测量物体表面的三维形貌和变形等优点。本文介绍了三维数字图像相关法的基本原理、关键技术和精度分析等,并结合水泥基材料的特点,讨论了三维数字图像相关法在水泥基材料变形研究中的应用。

基于X射线CT和DVC方法的电子产品力学测量

本文总结了近年来国外综合X射线CT和DVC方法在运算电子器件、导弹引信、柔性电子、新型锂离子电池等电子产品力学参量测量中的成功应用。这种新的试验和测量方法不仅可以在无损的情况下对电子产品内部的力学场进行测量,还可以为开展基于真实结构的高保真精细化有限元分析提供依据,具有广阔的应用前景。

基于X射线CT原位试验的平纹SiC_(f)/SiC压缩损伤演化机理

为揭示陶瓷基复合材料的损伤演化及失效机理,开展了平纹SiC_(f)/SiC复合材料X射线CT原位压缩试验,得到了材料加载过程中和破坏后的CT原位图像数据;采用数字体积相关(DVC)技术获得了材料的位移场和应变场,利用图像处理软件建立复合材料内部三维可视化模型,借助深度学习算法获得纤维束劈裂等损伤的空间分布,进行了压缩损伤演化定性分析以及定量分析.结果表明:在单向压缩过程中,材料在厚度方向出现较大鼓出变形,在宽度方向则发生较小的收缩;厚度方向鼓出变形是引起材料压缩损伤的主要原因.载荷较大时出现表层基体脱落、纤维束劈裂、分层等损伤;纤维束压缩弯折导致材料压缩失效,断口处出现明显V形剪切带.平纹SiC_(f)/SiC的压缩损伤演化分析表明,DVC技术和基于深度学习的图像分割方法可以有效地揭示陶瓷基复合材料压缩损伤演化机理.

基于体素选择的自适应数字体积相关方法

数字体积相关(Digital Volume Correlation,简称DVC)方法是一种非接触、非干涉的内部三维变形场测量方法,其基本原理是通过匹配物体变形前、后的体图像来测量变形,目前已成为实验力学领域最重要的内部变形测量手段之一。DVC方法计算量大,计算时间长,同时,DVC子体块易受成像噪声影响,会降低测量精度。针对上述问题,提出一种基于体素选择的自适应DVC方法(VSA-DVC),该方法将子体块内体素灰度梯度作为判据进行有效体素筛选,构建只包含有效体素的不定形子体块参与配准过程,可以同时提升计算效率和测量精度。

基于DVC技术测量锈蚀钢筋混凝土应变场

为研究钢筋混凝土锈胀开裂过程,基于X射线计算机断层扫描技术原位获取氯盐环境下通电加速锈蚀钢筋混凝土的三维数字体像,采用数字体像相关技术(DVC)测取混凝土的内部三维位移场和应变场,通过阈值分割法对锈蚀产物进行三维重构。结果表明:全浸泡通电加速锈蚀存在锈蚀产物不均匀分布的现象,局部锈峰可主导保护层的荷载分布和应变分布,主导保护层的开裂,与均匀锈蚀有一定的差异;应用X-CT和DVC技术可无损测量试件内部的结构和应变,为钢筋混凝土锈胀开裂的机理研究提供了方法。

X-CT噪音条件下数字体积相关算法评测

数字体积相关是通过分析具有相关关系的两组三维图像,获得物体变形过程中位移场和应变场的计算方法。了解该算法在实际噪音下的表现,对这种方法的应用具有十分重要的意义。利用爬山法、最小二乘法,结合三次B样条插值,建立了一套数字体积相关计算方法,用两组具有真实噪音的三维X射线CT数据对该算法进行了系统评测。在没有噪音的理想情况下,该算法的位移误差为0.0065voxel;在真实X-CT噪音的情况下,位移误差增加到0.008voxel,应变误差约为100με。结果表明,本方法可对真实物体变形进行三维位移场、应变场分析。

Excel处理分析化学数据的尝试

文章介绍了用Excel处理分析化学数据的方法,特别是IF函数在Excel表中的应用,包括标准曲线的相关系数和插入法计算结果、电位滴定的终点体积计算、有效数字的取舍,分析数据四舍六入五看后的数据处理。

PBX代用材料损伤演化原位CT研究

为探究单轴压缩下高聚物黏结炸药(PBX)的损伤演化行为,利用计算机断层扫描(CT)技术对单轴压缩过程中的PBX代用材料进行了原位扫描,获得了不同载荷下试件的原位CT图像。通过分析CT图像的灰度得到了加载过程中试件灰度均值的变化规律,利用数字体积相关(DVC)方法获得了试件内部三维位移场与应变场,结合数字图像相关(DIC)方法与试件表面灰度分析,明确了加载过程中PBX代用材料试件应变变化规律及表面裂纹扩展过程。结果表明,CT图像灰度均值是揭示材料中小于CT分辨率微小损伤变化的重要指标;试件内部应变场及表面灰度变化可以表征加载过程中材料损伤的积累过程。

三点抗折下纤维混凝土加载过程的体应变研究

为提高混凝土的受拉性能,通常会在混凝土中添加纤维材料改善材料的力学性能.纤维混凝土在受外力荷载时,内部应变场非常复杂,现有技术很难对应变进行测量.采用X射线断层扫描(X-ray computed tomography,XCT)原位三点抗折实验,对纤维混凝土加载过程进行跟踪测试,用数字体积相关(digital volume correlation,DVC)计算不同纤维质量分数的试样在不同加载阶段材料内部的体应变.结果表明,在混凝土中加入纤维能较好地改善混凝土的断裂性能,明显减少裂缝的长度、宽度和体积.通过XCT结合DVC的方法得到不同纤维质量分数试样在不同加载阶段的体应变演化,发现试样破坏时,断裂面外仍然存在着不可忽略的变形耗能.通过体应变的分析可以得到试样受载后的内部变形响应.

小学数学应用题教学改革研究

小学数学作为一个基础学科，其中不但涵盖了普通的数字运算，更包括图形的面积及体积等相关运算，以及对数据的整理与分析等。

经纬向纤维体积分数对耐碱玻璃纤维织物增强混凝土拉伸力学性能的影响

为了研究经纬向纤维体积分数对耐碱玻璃纤维织物增强混凝土(ARG-TRC)拉伸力学性能的影响,通过万能试验机对不同经向纤维体积分数(0.24vol%、0.49vol%、0.73vol%和1.09vol%)和纬向纤维体积分数(0vol%、0.20vol%、0.48vol%和0.96vol%)的试件进行准静态拉伸试验,并结合数字图像相关分析得到拉伸状态下裂纹与应变分布。结果表明:ARG-TRC的拉伸力学性能和破坏形态主要取决于经向纤维体积分数,而纬向纤维体积分数对其影响不大;随着经向纤维体积分数的增加,极限强度、峰值应变和韧性明显增大,裂纹条数明显增加。对拉伸应力-应变曲线化进行三线性拟合,得到简化模型并与ACK模型进行对比。基于现有的裂纹间距计算模型和试验数据,修正了裂纹间距计算公式,其结果与文献数据吻合较好。该成果将有助于织物增强混凝土(TRC)中纤维织物的优化配置,提高纤维织物的利用率,对TRC的性能设计具有指导意义。

基于单层荧光颗粒的三维细胞牵引力的研究

细胞与细胞外微环境的力学相互作用对于细胞迁移、增殖和分化起着至关重要的作用。近年来,基于数字图像相关和数字体积相关方法的细胞牵引力研究得到了广泛的开展。然而,传统的基于数字图像相关的方法只能测量面内的变形;传统的基于数字体积相关的方法将荧光标记颗粒置于水凝胶基底内部,扫描层数过多导致图像采集时间长、光毒性增大。本文中,我们结合激光扫描共聚焦技术和数字体积相关方法,将单层荧光颗粒平铺在水凝胶表面,通过共聚焦显微镜采集细胞迁移过程中不同时刻的图像,采用二阶形函数的数字体积相关方法得到细胞-基底界面处的三维位移场和三维牵引力场。该方法采用单层荧光颗粒,不仅有效地降低了多层激光扫描产生的光毒性,还极大地减少了图像采集时间,从而在扫描同一序列图像时,细胞形态变化相对较小,提高了原始图像的准确性。并且,采用二阶形函数可以描述细胞迁移过程中基底产生的弯曲等更复杂形式的一阶形函数无法描述的变形。