基于数字散斑相关方法的虚拟引伸计及其在岩石裂纹动态观测中的应用

基于数字散斑相关方法(DSCM)发展了一种虚拟引伸计测量方法。该方法通过DSCM测量的应变场识别和定位裂纹,然后"事后"在裂纹处虚拟地安装引伸计,再通过DSCM测量的位移场计算裂纹的张开量和错动量。给出了虚拟引伸计的原理和实现方法,并用实验验证了虚拟引伸计的可靠性,同时分析并标定出虚拟引伸计在实测中可达到0.1像素的分辨率。将虚拟引伸计应用于含未穿透预制裂纹(三维裂纹)的花岗岩试件的破坏实验中,根据虚拟引伸计测得的裂纹张开、错动情况,对试件破坏过程中不同裂纹的出现顺序以及裂纹类型进行了判断,同时对试件破坏的机制进行了简单分析。

基于虚拟仪器的光学引伸计

在LabVIEW和NI-IMAQ Vision的软件平台下,利用通用图像采集设备开发了一种新型视频引伸计系统。通过调用动态链接库驱动图像采集设备DH-HV-1303UM进行图像采集,并通过NI-IMAQ Vision完成了图像处理及基于灰度重心的视频引伸计的开发。该系统具有灵活性强、可靠性高、性价比高等优点。

基于边缘检测和数字图像相关法的疲劳裂纹长度测量方法

针对先进高强钢板存在的显著裂纹闭合现象导致裂纹闭合段难以检测问题,提出一种基于边缘检测和数字图像相关(DIC)技术相结合的疲劳裂纹长度高精度动态测量方法。使用两个相机分别拍摄疲劳裂纹扩展试验过程中裂纹试件两面的裂纹和散斑图像,并对图像进行处理来测量裂纹长度,可检测到传统灰度边缘检测无法检测到的裂纹闭合段,从而提高测量精度。通过灰度边缘检测在裂纹图像中得到裂纹扩展路径,并对裂纹尖端进行初定位,结合模板匹配将裂纹路径坐标映射到散斑图像中,并在裂纹初尖端延伸段布置虚拟引伸计,利用DIC技术求得虚拟引伸计张开量。拟合引伸计张量- 位置曲线,分析曲线特征得到疲劳裂纹尖端亚像素精度横坐标,进而精确计算出裂纹长度。将边缘检测法、该方法、测量显微镜测量得到的结果进行对比,结果表明,该方法在测量精度上有显著优势,可有效检测出裂纹闭合段,测量精度可达8 μm。

分级循环加卸载煤体变形破坏特征试验研究

瓦斯抽采钻孔在采动影响下所处的应力状态比较复杂,随着工作面的推进,经历复杂的加载和卸载共同作用,易导致抽采钻孔失稳破坏。为深入研究采动影响下煤体钻孔的变形破坏特征,通过开展单调加载及分级循环加卸载试验,分析不同加载路径下试样的强度特征,并结合数字散斑技术(XTDIC)分析试样单轴压缩过程中裂纹扩展及孔周位移演化规律,通过布置"虚拟引伸计"分析试样局部化带位移演化特征。结果表明:与单调加载路径相比,分级循环加卸载路径下试样的抗压强度减小,减小幅度为4.59%;分级循环加卸载路径下,含钻孔试样的最终破坏是由远场裂纹与钻孔两侧的剪切裂纹贯通形成宏观破裂带导致的,不同加载路径下试样破坏模式均为拉剪复合破坏,破坏形态呈"X"状;试样加载顶点与卸载低点的张拉、错动位移随着循环次数增加逐渐增大,呈波动上升趋势,并且在时间上滞后于应力变化;孔周位移测点层位越高,试样加载至相同时刻的位移越大;分级循环加卸载路径下,试样卸载阶段的测点位移有轻微恢复现象,最大恢复量为0.149 mm,位移随时间增长表现为"台阶式"递增现象。