Characterization of alpine meadow surface crack and its correlation with root-soil properties

Quantifying surface cracks in alpine meadows is a prerequisite and a key aspect in the study of grassland crack development.Crack characterization indices are crucial for the quantitative characterization of complex cracks,serving as vital factors in assessing the degree of cracking and the development morphology.So far,research on evaluating the degree of grassland degradation through crack characterization indices is rare,especially the quantitative analysis of the development of surface cracks in alpine meadows is relatively scarce.Therefore,based on the phenomenon of surface cracking during the degradation of alpine meadows in some regions of the Qinghai-Tibet Plateau,we selected the alpine meadow in the Huangcheng Mongolian Township,Menyuan Hui Autonomous County,Qinghai Province,China as the study area,used unmanned aerial vehicle(UAV)sensing technology to acquire low-altitude images of alpine meadow surface cracks at different degrees of degradation(light,medium,and heavy degradation),and analyzed the representative metrics characterizing the degree of crack development by interpreting the crack length,length density,branch angle,and burrow(rat hole)distribution density and combining them with in situ crack width and depth measurements.Finally,the correlations between the crack characterization indices and the soil and root parameters of sample plots at different degrees of degradation in the study area were analyzed using the grey relation analysis.The results revealed that with the increase of degradation,the physical and chemical properties of soil and the mechanical properties of root-soil composite changed significantly,the vegetation coverage reduced,and the root system aggregated in the surface layer of alpine meadow.As the degree of degradation increased,the fracture morphology developed from"linear"to"dendritic",and eventually to a complex and irregular"polygonal"pattern.The crack length,width,depth,and length density were identified as the crack characterization indices via analysis of variance.The results of grey relation analysis also revealed that the crack length,width,depth,and length density were all highly correlated with root length density,and as the degradation of alpine meadows intensified,the underground biomass increased dramatically,forming a dense layer of grass felt,which has a significant impact on the formation and expansion of cracks.

Selection of Judging Indicators for Surface Morphology of Soil Crack under Different Development Degrees in Yuanmou Arid-Hot Valley Region

Quantification of complicated surface morphology of soil crack is a prerequisite and key to soil crack study. This paper takes soil crack quads in Yuanmou arid-hot valley region as examples, selecting several morphological indicators, and analyzes the soil crack＇s morphological features under various development degrees. By statistic analysis, three quantitative indicators for surface morphology are selected, namely soil crack area density, area weighted mean fractal dimension and connectivity index R, which can not only express the development intensity of soil cracks, but also effectively describe its morphological complexity and connectivity. The research results set a good base for the establishment of soil crack assessment system in Yuanmou arid-hot valley region.

MORPHOLOGICAL EVOLUTION DURING DIFFUSIVE HEALING OF INTERNAL CRACKS WITHIN GRAINS OF α-IRON

Micron-sized internal cracks were introduced into rounded bars of pure iron by low cycle fatigue,and the cracks had irregular penny-shaped morphology with the critical diameter of about 30μm and the thickness of 0.5～1.5μm.The initi- ation and propagation of the cracks were investigated quantitatively as well as their location and geometry.After vacuum annealing of the samples fatigued,the mor- phology in a two-dimensional longitudinal section of cracks within grains had evolved from initially elliptical one into arrays of spherical voids controlled by surface diffu- sion.Furthermore,a typical morphology for a broken crack with a center spherical void surrounded by outer doughnut-like cavities was observed along a perpendicu- lar section of the specimen.Subsequently the spherical voids shrink and diminish gradually dominated by bulk diffusion.A physical model to heal an internal micro- crack was proposed,in particular for the various healing stages controlled by the related dominant diffusion mechanism and their dependencies upon the morphology and geometry of an original micro-crack in materials.

裂纹对弹性波在混凝土中传播特性的影响研究

目的为研究混凝土中裂纹对弹性波传播特性的影响,方法采用COMSOL软件构建弹性波在不同形态混凝土裂纹中的传播数值模型,并开展带裂纹混凝土的弹性波传播试验,系统研究混凝土裂纹特征(裂纹角度、裂纹深度、裂纹距声发射源距离、裂纹数量等)与弹性波传播之间的关系。结果研究发现:数值模拟结果与试验现象吻合较好,验证了数值模型的可靠性。其中,裂纹数量和裂纹距声发射源距离的变化对回波峰值影响较大,距声发射源2 cm裂纹的回波峰值最大,为3.46×10^(6)Pa;对波速和信号损伤影响最大的因素为裂纹深度,60 mm深度裂纹损伤率高达62.14%、波速衰减至2590.674 m/s,其次为裂纹数量,信号损伤率达31.28%。基于不同裂纹特征的波速变化规律,对裂纹角度和深度的波速关系模型进行回归分析,回归曲线拟合优度较好,R^(2)均大于0.95。结论混凝土中存在的裂纹和裂纹特征对弹性波传播具有显著影响,本文研究结果为混凝土无损检测技术提供了理论支撑。

混凝土不同形态裂纹对声发射波传播特性影响

混凝土中裂纹的尺寸与形态参数对损伤声发射信号传播存在不可忽视的影响,为研究不同形态裂纹对声发射波传播特性的影响,进而研究不同形态裂纹存在对损伤信号的定位修正模型;试验基于不同形态裂纹的混凝土试件声发射试验的基础上,研究裂纹角度、裂纹距声发射源距离、裂纹数量和裂纹深度对声发射波传播特性的影响规律。研究表明:不同形态裂纹对声发射信号传播的损伤程度不同,裂纹距声发射源距离和裂纹角度对声发射信号的损伤较大,最大损伤达到66.44%和48.43%;裂纹数量和裂纹深度对其的损伤相对较小,最大损伤达到38.00%和24.71%;基于不同形态裂纹影响规律,建立了考虑不同形态裂纹影响的修正波速关系模型,与传统时差定位方法相比,基于不同裂纹形态的修正波速定位方法对声发射源的定位更精确。

高强韧性轮辋用490CL车轮钢焊接开裂失效分析

采用闪光对焊制成的490CL车轮钢轮辋在扩口成型工序,从焊缝处开裂失效。通过宏观、微观断口形貌观察,化学成分和力学性能检测,显微组织检验,显微硬度测试及能谱成分分析,对高强韧性轮辋用490CL车轮钢焊接开裂原因进行分析。结果表明,焊缝开裂处存在一定面积的以氧化锰为主的焊接“灰斑”,降低了焊缝塑性,导致焊接好的轮辋在扩口成型时从焊缝融合线处开裂。从降低闪光留量、增加顶锻压强等方面调整焊接工艺参数,改善轮辋用490CL车轮钢焊缝质量,轮辋成型时焊缝开裂比率从1.5%降低至0.3%。

基于断裂相场的高分子黏结炸药裂纹演化及其力学性能退化分析

为了解高分子黏结炸药裂纹演化过程及其力学行为,综合考虑弹性、黏性以及热特性的影响及作用机制,提出了该材料热黏弹性断裂相场模型。基于断裂相场,建立了热黏弹性体的单一单元模型,对不同温度和应变率进行参数分析。然后,针对高分子黏结炸药开展该材料断裂相场的模拟及其模型参数校准。从而基于断裂相场在细观层面上阐明不同应变率、不同环境温度作用下高分子黏结炸药材料的裂纹演化及其力学性能退化的规律。结果表明,驱动断裂的能量和抗压强度随着应变率降低和温度的升高而呈现出减小的趋势,因此裂纹出现的时间越晚,扩展速度越慢。

高压气体致裂煤岩孔壁应变响应特征研究

目前缺乏对空气致裂全过程进行精准监测和评价的手段,而应变监测能够实时记录裂纹萌生和扩展的过程。通过研究高压气体冲击全过程中孔壁的应变响应,可明确致裂过程裂纹与应变响应之间的关系,获得最优致裂角度。为了探寻高压气体致裂煤岩体过程中裂纹和与应变之间的关系,利用高压气体冲击致裂煤岩体真三轴实验系统,开展了5种冲击角度(0,30,45,60,90°)下的高压气体致裂实验,研究了气体致裂过程中煤岩体裂缝形态、气压曲线与孔壁应变响应特征。实验结果表明:(1)随着冲击角度增加,煤岩体裂缝形态呈现先复杂后单一的分布特征。(2)致裂过程中气压呈现上升、陡降、聚集、稳定释放4个阶段。(3)孔壁应变数据主要由拉应变组成,应变曲线出现2个明显峰值,第1个峰值在气压曲线达到峰值0.1 s后出现并伴随主裂纹产生,第2个峰值常伴随着主裂纹的衍生与扩展。(4)当冲击角度为45°时,试件内部容易萌生复杂裂纹网络,致裂效果最佳。

金属波纹管开裂失效分析与防控策略研究

金属波纹管开裂失效是化工流程生产安全重点关注的技术问题。为了提高金属波纹管的安全稳定性,在对金属波纹管开裂失效的主要原因进行综合分析的基础上,以三氯氢硅储罐出料管线金属波纹管开裂失效为例,重点从断口宏观形貌分析、金相组织分析等方面入手,对该金属波纹管开裂失效的行为和原因进行了深入研究,结合现场生产实际运行数据,对金属波纹管开裂失效提出了有意义的防控策略。这有助于及时预防金属波纹管开裂失效事故,对确保设备长周期安全稳定运行具有重要指导意义。

一种高强钛合金疲劳裂纹扩展行为

高强Ti-5Al-3Mo-3V-2Zr-2Cr-1Nb-1Fe(Ti-5321)合金是顺应我国新一代飞机对高性能钛合金的需求设计而开发的一种新型高强损伤容限型钛合金。以Ti-5321合金为研究对象,构造等轴组织(EM)、网篮组织(BW)和细网篮组织(F-BW)三种典型组织,研究拉伸及疲劳裂纹扩展行为,利用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)观察组织和断口,揭示高强钛合金Paris及失稳扩展区的疲劳裂纹扩展机制。结果表明:三种组织试样的抗拉强度均在1200 MPa以上,且整个裂纹扩展阶段均表现出优异的疲劳裂纹扩展抗力;细网篮组织疲劳裂纹扩展抗力最高,等轴组织疲劳裂纹扩展抗力最低;Paris区及失稳扩展区疲劳裂纹主要以穿过初生α相和沿着初生α相两种方式进行扩展,裂纹扩展方式与α相的晶体学取向密切相关,裂纹倾向于穿过有利于(1010)<1210>锥滑移的α丛域,绕过有利于(1011)<1210>柱滑移的α丛域。

高温水蒸气环境中TP439不锈钢的应力腐蚀开裂敏感性

目的 研究TP439不锈钢在高温水蒸气环境中的应力腐蚀开裂行为,并探讨水蒸气和温度对其应力腐蚀开裂敏感性的影响规律。方法 采用慢应变速率拉伸试验方法研究了TP439不锈钢在400~600℃水蒸气环境中的应力腐蚀开裂行为,利用SEM和EDS分析试样断口区域的形貌及元素分布。结果 同一应变速率(2×10^(-5) s^(-1))下,随着温度在400~600℃范围内升高,TP439不锈钢在空气和水蒸气环境中的屈服强度、抗拉强度和断裂能均逐渐降低,延伸率逐渐增大。400℃和500℃时,试样在水蒸气环境中的抗拉强度较空气环境中有所降低,而延伸率较空气环境中增大。600℃时试样在水蒸气环境中的力学性能较空气环境中无明显差别。试样在400、500、600℃水蒸气环境中的应力腐蚀开裂敏感性指数分别为0.7%、1.2%和-2.8%,应力腐蚀开裂敏感性较低。试样在400~600℃水蒸气环境中的断口均呈现韧性断裂特征,断口形貌整体由韧窝和微孔组成,颈缩现象显著,断口附近未发现二次裂纹。温度在400~600℃范围内升高时,断口的韧窝特征更加明显,颈缩程度逐渐增大,600℃时断口侧面的氧化膜表面Cr含量明显降低,主要由Fe的氧化物形成。结论 水蒸气对TP439不锈钢的应力腐蚀开裂行为起促进作用。基于应力腐蚀开裂敏感性指数和断口的分析,在应变速率为2×10^(-5) s^(-1)的400~600℃水蒸气环境中,TP439不锈钢的应力腐蚀开裂敏感性较低。

套筒交替压裂作用下岩石力学特性模拟研究

为拓宽坚硬顶板强制放顶方法,解决坚硬顶板所引起的围岩应力集中问题,基于弹性力学推导了套筒破岩力学机制,采用PFC3D数值仿真软件,通过改变套筒膨胀路径来分析套筒压裂过程中岩石破裂形态及膨胀力特征。结果表明:多孔套筒压裂过程中,增大钻孔半径、增加套筒数量或减小钻孔间距均能降低岩石开裂所需的注液压力;相较于同步压裂,交替压裂延长了压裂时间,形成了更为复杂的裂隙网络,岩石损伤范围更大;交替压裂降低了压裂过程所需的膨胀压力,加剧了岩石的疲劳损伤,声发射信号呈现多峰值分布,岩石裂缝数目增多;相较同步压裂,套筒交替压裂所产生的耗散能以及耗散能占比更高,对岩石的破坏程度更大。

Cryo-Cracking方法及其在焊接接头蠕变断裂失效分析中的应用

介绍了 Cryo- Cracking方法及其在分析和评定高温下长期服役的焊管焊接接头蠕变失效中的应用特点。这种方法使用的试样易于截取 ,制样工艺过程简单 ,对制样者的技艺无特殊要求 ,不易产生因试样的制备而引起的误解。通过扫描电镜断口形貌的分析 ,结合金相定量分析方法 ,从分析断口的二维图象获得的数据 ,可以定量地反映在役构件蠕变失效的程度。实践表明 ,Cryo- Cracking方法是一种简单实用的焊接接头蠕变失效分析方法。

一种联合空谱特征的沥青路面裂缝检测方法

文章提出了一种基于高光谱图像的沥青路面裂缝检测算法,旨在解决传统方法下裂缝检测精度低、误检较多的问题。本方法利用高光谱成像技术获取道路的空间-光谱信息,并通过裂缝与路面的光谱信息差异提取裂缝,同时利用裂缝的空间特征信息对目标进行阈值分割、形态学运算等以此来提取裂缝主干,进而联合空间-光谱特征检测结果进行数学运算以实现对沥青路面裂缝的精确检测。实验结果表明,与ACI、VIS2算法相比,本文算法的F1-score分别提升了14.11%和29.03%,证明了该方法的有效性,同时针对不同类型和尺寸的裂缝目标表现出了高检测精度、强抗干扰性和显著的鲁棒性。

发动机支架断裂原因及改进措施

某发动机支架发生断裂现象,采用宏观观察、扫描电镜分析、化学成分分析、金相检验等方法分析其断裂原因。结果表明:材料中C、Si元素含量接近技术要求的下限值,同时铸件壁厚较薄,使铸件的基体石墨形态为E型,不符合产品技术要求,导致发动机支架承受交变载荷时发生断裂。建议在材料中加入碳化硅,以提高C元素和Si元素的含量,试验浇注后铸件的石墨形态为A型,长度等级为4级,基体组织为珠光体,其余各项性能指标均满足设计要求。

多孔隙沥青路面裂缝形态学特征精准提取方法

沥青路面长时间暴露在自然环境下,并受车辆载荷影响,导致沥青路面出现不同形式的裂缝。沥青路面图像中的裂缝与周围的纹理相似,且背景复杂,容易造成裂缝与背景的混淆,且受室外环境中的光照和阴影变化的影响,导致提取结果不准确。为了提取得到裂缝区域的形态学特征,提出一种多孔隙沥青路面裂缝形态学特征自动提取方法。在对沥青路面图像展开形态学处理、光照非均匀校正、灰度化处理等一系列预处理操作后,利用模糊C均值算法对其分割,使裂缝区域特征得到突出展示;将裂缝分为单个一般裂缝、弯曲裂缝和分岔裂缝三种,经过线性拟合后,得到三种裂缝的形态学特征。实验结果表明,所提方法可以精准提取到沥青路面图像的形态学特征,且不会影响图像质量。

工业纯钛换热管胀管开裂失效分析及预防措施

针对管式换热器制造过程中发生在胀管环节的TA2纯钛薄壁管开裂失效问题,通过对管材断裂处进行宏观断口观察、特征区域EBSD、SEM及微观组织等检测,分析管材失效原因、裂纹产生机理以及裂纹产生过程的影响因素。结果表明:该薄壁钛管的失效源于成品轧制过程中存在的管材头部纵向轧制纹缺陷未被切除,导致后续胀管裂纹扩展甚至贯穿开裂。虽然管材内壁的这种缺陷远小于标准要求,但对于后续管材受力变形有潜在的影响,应最大可能消除。鉴于此,针对后续的安全生产及使用提出了有效的预防措施和建议。

基于注意力机制语义分割网络的大坝裂缝检测方法

为提高大坝裂缝检测的效率和精度,解决传统大坝裂缝检测技术人工劳动强度大、存在人身安全隐患的问题,本文提出一种基于图像视觉信息的人工智能裂缝检测技术,设计了基于注意力机制的语义分割网络,在U形网络中引入了多头注意力机制网络结构,将移动网络V3编码器提取的特征图在多尺度上经多头注意力机制模块特征强化与解码器结果进行融合输出,精确识别裂缝对象,采用数学形态学腐蚀膨胀操作计算裂缝的几何特征。实验表明,得到的裂缝图像轮廓清晰、连续无锯齿、走向与实际相符,具有较好的检测精度。本文方法在检测大坝裂缝时省时省力、不受地形环境制约、部署方便,在准确识别大坝裂缝以及对大坝裂缝病险进行综合评判时具有一定价值。

Experimental study of multi-timescale crack blunting in hydraulic fracture

Hydraulic fracture is important in unconventional oil and gas exploration.During the propagation of the hydraulic fracture,the crack tip is blunted due to the development of the process zone in the near-tip area.In this study,the blunting of the hydraulic fracture in polymethyl methacrylate specimens due to multi-timescale stress concentration is investigated.The ratio of the initiation toughness to the arrest toughness of the blunted hydraulic fracture is measured using both the dynamic and the static methods.Results show that a hydraulic fracture can be blunted with the time span of stress concentration from 1 ms to 600 s.It is also shown that the blunting of hydraulic fracture is a highly localized process.The morphology of the blunted crack depends on the stress distribution in the vicinity of the crack tip.

基于连通性阈值分割的煤岩裂隙识别方法

煤岩裂隙发育形态是影响煤岩渗透性、决定煤岩体力学特征的重要因素。针对煤岩裂隙识别过程中存在的复杂结构处理不当、裂隙边界特征保留不足、噪声干扰等问题,提出了一种基于连通性阈值分割的煤岩裂隙识别方法。首先,采用直方图均衡化增强算法和非局部均值滤波去噪算法对图像进行预处理,其次,利用自适应Otsu阈值分割确定预处理后图像的阈值,识别出可能的裂隙区域,应用形态学运算对这些区域进行精细化处理,进一步突出裂隙的边界特征。然后,通过Canny边缘计算提取种子点,以识别图像中的关键特征。最后,基于这些种子点进行区域生长操作,从而有效抑制噪声,并在平滑图像裂隙的同时更加清晰地突出裂隙信息。实验结果表明:①连通性阈值分割的均方误差较自适应Otsu阈值分割和自适应阈值分割分别平均减少了7.20,7.10 dB,连通性阈值分割的峰值信噪比较自适应Otsu阈值分割和自适应阈值分割分别平均提高了0.60,0.59 dB。②连通性阈值分割不仅有效解决了裂隙提取不明显、末端提取效果差及连接处特征消失的问题,而且显著减少了噪声的干扰,使裂隙特征变得更加突出,从而极大地提高了裂隙识别的准确性和完整性。③连通性阈值分割在自适应Otsu阈值分割的基础上,强化了裂隙特征并有效消除了噪声点,平均准确率较自适应阈值分割算法和自适应Otsu阈值分割分别提高了8%和0.8%,达98.9%。