地质力学模型实验中变形量测方法的应用研究

地质力学模型实验作为一种便捷高效、成本低廉的研究方法,不仅可以将工程的破坏过程直观地呈现出来,而且可以作为了解工程整体力学特征、破坏模式和稳定情况的重要研究手段,在各类岩土工程问题的研究中有着广泛应用。由于地质力学模型材料的变形模量较低,同等应力条件下应变极其敏感,因此模型实验中变形测量显得至关重要。为了提升地质力学模型实验中变形量测的便捷性和准确性,对目前地质力学模型中变形测量的主要方法进行总结分析。结果表明:目前对于模型变形量测的方法主要分为电测式测量方法、光学测量方法和机械式测量方法,其中电测式测量方法主要包括电阻式应变片法和位移计法,光学测量方法主要包括光纤类传感器法、数字图像相关法、光弹性贴片法和云纹干涉法,机械式测量方法主要包括百分表测量法和经纬仪观测法。通过对各种方法工作原理、主要应用案例及优缺点的阐述对比,得出不同方法的主要区别是测量范围和适用范围的差异,其中百分表测量法适用于测量小区域变形;测量内部变形可选择电阻式应变片法及光纤类传感器法;较大区域的变形可选择位移计法及光纤类传感器法;指定点位移可选择经纬仪观测法;全场观测可选择数字图像相关法、云纹干涉法以及光弹性贴片法。该成果可为相关地质力学模型实验的变形测量提供实验参考。

基于线结构光的牵伸罗拉工作面圆跳动测量方法

针对牵伸罗拉工作面圆跳动的人工测量精度不稳定、效率低等问题,课题组提出了基于线结构光的牵伸机罗拉工作面圆跳动测量方法。通过线结构光获取牵伸罗拉工作面的条纹图像,在条纹图像预处理的基础上采用Steger算法提取条纹图像的中线点云数据;建立基于点云的牵伸罗拉工作面圆跳动测量模型;通过构建虚拟平面,得到牵伸罗拉的圆跳动值。实验结果表明:课题组所提出测量方法的绝对误差在0.01 mm之内,小于传统测量方法的绝对误差,提高了测量精度。

Optical measuring systems and technologies for some urgent tasks in industry and science

Modern industry and science take novel optical measuring systems and laser technologies with high resolution and productivity for solving actual tasks,including safety problems for mining,oil,atomic and railway in-dustries.The TDI SIE's results in these trends are presented.

基于云纹干涉法的封装结构应变测量技术研究

随着高密度、高集成度封装技术的发展,封装结构的可靠性问题备受关注.本文基于云纹干涉法和Twyman/Green干涉法,结合四步相移技术,建立了一套高精度三维光学测量方法,能够实现封装结构在力、热载荷下离面和面内的变形测量.进一步采用多项式拟合后求导的方法,提升了传统差分法求应变的测量精度.最后,通过标准试验件三点弯曲实验,验证了方法的测量精度,并通过该方法实现了典型球栅阵列(Ball Grid Array,BGA)封装结构在热载荷下的变形测量,测量结果与有限元仿真结果相比具有较好的一致性.本文基于光测力学方法获得了封装结构在力、热等载荷下的变形场和应变场,从而对提升封装结构的可靠性具有重要意义.

高轨遥感卫星光轴指向误差夹角测量系统标定方法研究

针对空间环境应用中航天器结构形变夹角测量系统因系统误差导致测量精度较低的问题,提出一种基于自准直对比系统的夹角测量系统标定方法。通过该方法对夹角测量仪进行标定后得到标定系数,并应用仿真数据对系数进行验证。验证结果表明,夹角测量系统量程可达到±25′,测量分辨率可达到0.1″。使用标定后的夹角测量系统进行角度检测,并将测量结果与自准直仪进行对比。结果表明,该标定方法简单方便精准度高,计算测量结果与标准值的差值的绝对值,夹角测量仪测量精度达到±0.2″,标定后夹角测量仪精度满足卫星使用要求,该方法的应用将为卫星在轨结构微形变研究提供技术支撑。

基于计算机视觉的建筑结构位移鲁棒性测量

传统的接触式建筑结构位移监测技术具有安装过程复杂和耗时等缺点。计算机视觉相较于传统的接触式位移监测,具有高效、成本低等优点,但大多数的计算机视觉技术在运用的过程中需要在结构上安装靶点才能实现相对准确的监测,而一些大型建筑由于结构造型等原因,给靶点的安装带来一定困难,进而影响视觉技术的准确性。针对靶点安装的难题,文章在现有的研究基础上,提出一种无需安装标靶改进的稠密光流算法,结合Python-opencv软件进行算法的编译,通过对模拟位移图像进行像素位移识别,与开源DIC算法计算结果对比验证,结果表明,稠密光流算法较开源DIC算法在计算速度上提升了40%,两种算法的位移误差在0.1%以下,并具有较好的鲁棒性。因此,本文所提出的无需靶点的算法对于一些安装靶点困难的大型建筑具有重要的参考价值。

光纤测振技术在高铁轨下结构病害自动监测中的应用

针对高铁轨下结构层脱空病害,通过数值模拟和现场试验,研究利用光纤测振技术进行实时监测的有效性。选取已发生病害的某段线路,采用基于Φ-OTDR原理的分布式光纤振动监测系统,将测振光纤铺设于2条钢轨的中间的轨道板表面,然后将光纤引出至轨道外监测基站,通过DOVS光纤振动分析仪采集和记录病害修复前后的振动数据,并利用冲击映像法对轨下结构进行详细检测。研究表明,轨下结构脱空病害对振动的影响分为振动激励和振动放大,近振动源可能引发共振,其放大作用相较于远振动源明显,可达原振幅的2~3倍。

角度测量的光学方法

光学测角法是高精度动态角度测量的一种有效的解决途径。对目前发展较快的几种角度测量的光学方法———圆光栅测角法、光学内反射小角度测量法、激光干涉测角法和环形激光测角法进行了详细的介绍 ,并且分别给出了每种方法的测量原理和发展现状 ,比较了各种方法的优缺点 。

角度测量技术的发展

角度测量是几何量计量技术的重要组成部分。本文对近年来常用的几种角度测量方法及其发展进行了介绍 ,主要介绍了其中最具有发展前途的光学测角技术。对圆光栅测角法、激光干涉测角法和环形激光测角法分别进行了详细的介绍 ,给出了每种方法的测量原理和应用场合 。

光纤光栅传感器在重力坝结构模型试验中的应用

在水工结构模型试验研究过程中,主要采用表面位移计、电阻应变片等仪器对坝体的位移和应变、坝基以及抗力体的位移进行测试,而传统的监测仪器难以准确测定模型的内部变形。以某重力坝段为基础,在坝体和坝基分别埋设光纤光栅传感器,对结构模型在超载过程中的内部位移进行监测,并采用位移计、电阻应变片对该物理模型进行了变形监测。通过光纤传感器和位移计对坝体和坝基位移的监测结果比较分析,表明两者在对应部位的监测结果较为一致,证明了光纤光栅传感器在重力坝结构模型试验应用中的可行性,同时试验结果揭示了坝基超载安全系数约为6.0,以及在超载作用条件下的坝基破坏机理。

小角度测量的光学方法及应用

光学测角法是高精度动态角度测量的一种有效的解决途径.对目前发展较快的几种小角度测量的光学方法———圆光栅测角法、光学内反射小角度测量法和激光干涉测角法进行了介绍.对光学测角法在舰船甲板变形测量中的应用进行了详细的阐述.

基于分布式光纤应变传感技术的改进共轭梁法监测结构变形分布研究

工程结构的变形分布是识别结构损伤累积的一个重要手段和指标,但通过现有各种"点式"传感技术还难以全面准确监测结构变形分布。本文基于PPP-BOTDA分布式应变测量技术,提出一种适用于监测简支结构和多跨连续结构变形分布的改进共轭梁法。首先针对传统共轭梁法无法监测由支座沉降产生结构变形的缺点进行改进,使之适用于荷载与支座沉降同时作用的情况。根据本文方法得到的结构变形分布与应变分布呈显式线性关系,与荷载及截面刚度条件无关。理论分析与试验结果均表明,由本文方法得到的某跨结构变形监测精度仅由该跨应变测量误差控制,与其它跨应变测量误差无关,这就限制了应变测量误差的影响范围并保证结构变形的准确监测。

辅助干版微角位移调制全息法测机械变形方向

提出用辅助干版微角位移调制全息法测量物体的机械变形的方向。在测量光路系统中 ,设置了两张干版 ,一张辅助全息干版用于记录被测物体的被辅助全息干版自身微角位移调制的双曝光全息图 ;另一张全息干版用于记录被测物体的非调制双曝光干涉图。前者用于分析物体的变形方向 ,后者用于测量物体的机械变形量。文中着重阐述了机械变形方向的测量原理 ,导出了相关公式 。

基于压缩感知的多角度观测光声成像方法

在光声成像过程中,由于各种限制因素,往往只能完成有限角度的信号采集。采集到的不完备的信号会在图像重构过程中产生伪迹现象,丢失细节信息。基于光声图像的稀疏特性,提出了基于压缩感知的光声成像算法。该方法通过2个单阵元超声探测器成角度采集光声信号,然后基于压缩感知重构算法进行光声图像重建并进行融合处理。仿真证明采用多个角度观测,选用合适的探头分布角度和测量矩阵可以有效弥补远场成像分辨率和减少测量次数,消除光声图像的伪迹现象,最终实现以较少的数据量和较简单的硬件设备实现高分辨率光声成像。

考虑位移影响的土压力近似计算方法

在变形控制设计的思想指导下，根据土压力的大小随挡土墙位移的变化特点，提出了考虑变形的土压力方法，并与离心方法试验的结果进行了对比，证实了该方法的合理性，最后在此基础上推导了考虑变形的朗肯土压力理论。

剖分式机械密封技术研究现状及关键问题探讨

对近几十年国内外剖分式机械密封的结构设计及理论研究状况进行了综述性研究,分析归纳得出:剖分面密封形式包括自然断口连接密封、填充密封垫密封以及光滑面接触密封;定位方式分为断口搭接定位、外力辅助定位、定位件辅助定位、密封环座定位以及安装工具辅助定位;剖分式弹性辅助密封圈则通过搭接式、插接式、扣式以及标准件组合式连接形成整环。深入分析表明:剖分式机械密封技术领域还存在结构设计不够优、理论研究不够深、测量方法不够准、性能指标未定制和制造技术需提高等问题,通过开展剖分式机械密封端面温度、变形及泄漏模型研究,建立设计方法,制定性能指标,开发有效的测试技术和高效可行的制造工艺,是解决上述问题的关键,也是未来一段时间的主要任务。

大气相干长度的瞬时测量

由于差分像运动监测法测量大气相干长度需要多帧统计,本文应用波前结构函数法,提出了一种大气相干长度的瞬时测量方法。该方法通过Shack-Hartmann波前探测器测量单帧短曝光畸变波前的Zernike系数;然后减去光学系统初始像差的Zernike系数,去除倾斜项,计算波前结构函数;最后,与满足Kolmogorov湍流理论的大气短曝光理论波前结构函数进行最小二乘拟合,得到瞬时大气相干长度。利用湍流相位板构造了相应的测试系统,并进行了外场实测对比。结果表明:提出的基于波前结构函数法的测量结果与差分像运动监测法的测量结果基本吻合;不同格林伍德频率下,标准差与均值之比小于4.1%,稳定性较好;外场比对累计16个夜晚,得到的平均偏差小于0.45cm。该方法可以实现空间目标大气相干长度的单帧瞬时测量,并可用于观测站点的视宁度、自适应光学系统内部大气湍流强度和地基大口径望远镜主镜视宁度的监测。

高温下小区域变形长时测量方法的研究及其应用

对于高温下服役的构件 ,焊缝区域较为狭小 ,焊缝以及热影响区 (HAZ)的高温变形难以用传统的方法测量。文中利用石英光纤和数字图象处理技术 ,研究开发一种能在高温下长时测量局部变形的新方法和测量系统 ,分析讨论了测量精度 ,并用于HK40炉管焊缝长时蠕变变形的测量 。

数字散斑亚像素小角位移测量的曲面拟合法

与传统测量方法相比,数字散斑相关法由于其目标特征单元网格划分的灵活性,能够更好地满足不同场合小角位移的测量需求。针对该方法亚像素小角位移测量的曲面拟合参数选择问题,研究了亚像素测量图像小角旋转前后的九点二次曲面拟合法,并根据计算机生成模拟散斑进行模拟实验分析,得到最佳误差效率优化条件下的曲面拟合法求解亚像素小角位移的最佳散斑尺寸3.5pixel、计算窗口尺寸41×41pixel和拟合窗口尺寸3×3pixel。实验验证了上述测量参数的有效性,为进一步的曲面拟合法数字散斑成像角位移测量提供参考。

静荷载作用下采空区地表变形研究综述

综述当前采空区在静力荷载状态下地表变形的国内外研究现状,着重介绍了影响采空区变形的因素、变形研究方法、变形预测方法、采空区建筑物设计原则、采空区上建筑物的构造措施等。对各种研究方法的优缺点进行比较和评述,最后指出采空区变形研究存在的问题和发展的方向,对今后的科研工作提供了一定的价值。