基于图形测量技术的煤岩力学三轴试验研究

为研究初始围压对煤岩力学特性的影响,以王庄煤矿9105工作面煤体为研究对象,通过HC-SPT-100型高压三轴试验机、HC-U7型非金属超声波探测仪、4K科研相机等仪器,利用数字图像测量技术开展不同初始围压下原煤试件加载试验,探究不同围压对煤体弹性模量、峰值应变、残余应力和破坏裂隙的影响规律,研究结果表明：弹性模量、峰值应变和残余应力随围压的增大而增大;随围压的增大各峰值应变增长速率不同,轴向峰值应变增长速率最快,体峰值应变增长速率次之,径向峰值应变增长速率最慢;不同围压加载破坏下煤体裂隙特征明显,主要以斜交裂隙为主;采用Jaeger法求得不同围压下煤岩体破坏临界强度值与试验值比较误差较小,符合Jaeger单结构面理论．     

基于数字图像测量方法的分层试样剪切破坏特性研究

分层试样的强度及变形特征与单一试样有很大的区别,其剪切带的发生、发展过程等相关性质也不相同.本文在传统的三轴压缩仪上引进全表面数字图像测量系统,对分层试样及单一试样分别进行了三轴压缩试验,得到了试样的整体和局部的应力应变关系曲线以及试样全表面的变形信息.结果 表明:在单一试样中夹杂其他试样的情况下,其分层试样对单一试样...     

TNT炸药动静态变温三轴压缩力学性能的试验研究

介绍了一种高能材料动静态变温三轴压缩试验装置，在熔点以下温度，通过对国产单质炸药ＴＮＴ在中等应变速率（２－４／ｓ）及准静态（３×１０－３／ｓ）条件下三轴压缩力学性能的测试，得出ＴＮＴ的杨氏模量Ｅ、泊松比ν和屈服极限Ｙ，以及当加载速率和温度改变时这些参数的变化规律。并提出三轴应力状态下屈服极限的一种确定方法。该三轴压缩试验装置以及三轴压缩应力状态下力学参数的测试、分析、处理系统为研究高能材料力学性能提供了一套完整的技术和手段。     

三轴试验土样剪切破坏过程的判别

本文在土工三轴试验中应用土样全表面变形数字图像测量系统,通过跟踪包裹土样的橡皮膜表面的标记点,得到加载过程中其全表面的变形和应变分布。根据土样表面的应变分布和实测的应力应变关系曲线,可以得到每一时刻土样表面的应力分布。于是,土样表面剪切破坏开始出现的时刻和剪切破坏带贯穿的时刻可分别依据应变和应力判定。依据应变,将橡皮膜上各点的轴向应变的拐点最晚出现的时刻作为剪切带完全贯穿的时刻;依据应力,将全部点中某一个或几个点最早达到峰值应力的时刻作为剪切带开始出现的时刻;土样各点相继达到应力峰值的过程就是剪切破坏的过程。以剪切破坏的起始点和剪切带贯穿的点为分界,土样剪切破坏过程可以划分成三个阶段:破坏前阶段、破坏阶段和破坏后阶段,在不同阶段土样具有不同的变形特点和变形机理。     

基于激光散斑DIC技术的金属热应变原位测量研究

利用激光散斑数字图像相关(Digital Image Correlation, DIC)技术能够实现金属微应变的无接触、原位测量,但激光散斑的像质如均匀性、灰度梯度、稳定性等对应变测量精度存在较大影响。为了提高激光散斑DIC技术测量金属应变的准确性和测量精度,本文针对激光器选型、激光波长、扩束系统、成像系统等进行了详细的设计、改进和测试。通过定量分析光学系统改进前后的散斑大小、占空比等像质评价参数,确定了激光散斑DIC技术的应变测量精度影响因素,并通过优化激光功率、曝光时间、接圈长度、像距等光路参数,获得了全视场范围分布更加均匀、像质更好的散斑图像,从而提高了激光散斑DIC技术测量应变的准确度和测量精度。利用激光散斑DIC技术实施了金属铝在非真空环境下从室温加热到360℃的热应变测量,测量结果与理论值吻合较好,而且随着温度的升高,测量结果的相对误差不断降低,证明了该方法在金属热应变检测中应用的可行性。     

黄土路堑边坡变形破坏机理的三轴试验研究

通过原状黄土的减压三轴压缩试验,研究了黄土边坡不同深度不同含水量土体的应力-应变关系,并与原状黄土的常规三轴试验结果进行了比较,发现减压三轴试验能合理地模拟和解释开挖卸荷作用下黄土边坡土体的变形与破坏过程。试验结果表明:坡脚开挖卸荷时,黄土边坡中浅层非饱和黄土易出现应变软化或塑性流动,强度较低,易产生较大变形,而深层饱和黄土仅在高围压下发生应变硬化,强度增加,在中低围压时均发生应变软化现象。分析认为黄土边坡特殊的工程地质条件,使得黄土边坡的特定部位在开挖卸荷作用下常形成了不利于土体稳定的含水量和围压组合,导致坡体特定部位的土体变形破坏,进而诱发边坡的变形破坏;开挖卸荷作用下黄土边坡变形破坏的力学机制应为蠕滑-压致拉裂或"牵引式滑坡"。     

三种红层岩石常规三轴压缩下的强度与变形特性研究

利用MTS815Teststar程控伺服岩石力学试验系统研究了川东地区一红层边坡中的砂岩、粉砂岩和泥岩围压为0³MPa的应力-应变全过程曲线,建立了峰值强度、峰值强度前弹性模量以及峰值强度后的弹性模量和围压的关系。将低围压下红层的全应力-应变曲线概化成5个阶段,分别为压密段、弹性段、屈服段、应变软化段和塑性流动阶段。试验结果得出,红层弹性模量随围压的增加而提高且变化明显,砂岩和粉砂岩在此围压内为脆性破坏,泥岩为塑性破坏的规律。     

数字图像相关测量的误差分析及其改进措施

本文对数字图像相关测量方法的测量误差进行了系统分析,并对该方法的实验技术进行了研究,提出了通过实验技术消除和抑制误差的有效措施。     

不同含水量下原状黄土动强度和震陷的试验研究

对原状黄土进行动三轴试验,探讨了黄土的动强度和震陷随含水量的变化规律。试验结果表明,塑限含水量可作为黄土动强度和震陷的界限含水量,小于塑限的含水量变化对震陷临界动应力和动粘聚力的影响非常显著,大于塑限的含水量变化对其影响微弱,而动摩擦角不受含水量的影响。通过对震陷曲线的定量分析,说明有必要对黄土的震陷性进行分类。     

三维数字图像测量系统稳定性的实验研究

基于双目立体视觉原理的三维数字图像相关方法已被广泛应用于平面或曲面物体的表面形貌和三维变形测量。然而因相机自热、环境温度变化等内外部因素的影响,同一三维数字图像相关测量系统在不同时间,其内部参数会不可避免地发生微小改变,从而或多或少地引起额外的形貌和变形测量误差。为获得高精度的测量结果,需对由相机自热或环境温度变化引起的变形测量误差进行表征,并采用措施予以减小或消除此类误差。本文以石英玻璃平板为研究对象,利用三维数字图像相关测量系统对其位移和应变分布进行了连续5小时的测量,分析了测量结果随相机温度变化的关系曲线。研究结果显示,本文所用相机通电后其机壳温度一般约上升8~10℃甚至更高,所搭建的三维数字图像相关测量系统因相机温度变化所引起的应变测量误差在50~200με(约15~21με/℃)之间。本文还给出了相应建议来减小和消除相机或环境温度变化对三维变形测量的影响。     

交通荷载作用下安宁地区超固结重塑红黏土的动力特性试验研究

针对中石油云南石化铁路专用线高填路基填料红黏土,通过GDS振动三轴仪进行了一系列不同超固结比、围压、动应力幅值条件下重塑红黏土的循环加载动三轴试验,重点分析了不同因素对该地区超固结重塑红黏土的临界动应力、累积轴向动应变、动弹性模量以及动强度的影响规律。试验结果表明:超固结重塑红黏土在交通荷载作用下的临界动应力随超固结比、围压的增大而线性增大;超固结重塑红黏土的动强度与超固结比、围压成正比关系,循环振动次数对超固结红黏土的动内摩擦角影响较小,而对动黏聚力影响较大。上述试验结果可为该地区超固结重塑红黏土作为路基填料的工程提供一定实用价值。     

单向增强玻璃钢复合材料静/动态拉伸实验研究

本文针对单向增强玻璃钢复合材料,进行了一系列静/动态拉伸试验,利用高速摄影与DIC相结合的方法,获得了材料不同方向、不同应变率的应力-应变曲线以及材料在不同方向上的动态失效应变,精确地描述了材料的静/动态拉伸及失效行为。实验结果表明,纤维增强方向在不同应变率(10^-3、10、10^2 s^-1)拉伸应力-应变曲线均存在一个刚度减小的刚度变化点N,变化后的Echanged分别为初始弹性模量Einitial的67.5%、39.0%、21.4%。此材料在不同应变率(10^-3、10、10^2 s^-1)拉伸情况下,纤维增强的方向1上强度最高(分别为608、967、1 123 MPa),方向2强度最低(分别为75、67、58 MPa),方向3强度较低(分别为90、151、221 MPa)。利用高速摄影与DIC相结合的方法,获得了100 s^-1应变率下,不同铺层方向破坏时刻的动态失效参数(方向1~3的动态失效应变分别为0.267、0.078、0.099),可以更加精确地描述此单向增强玻璃钢复合材料的动态失效行为。     

透明试样受集中载荷的应力应变同步测量方法

本文提出了一种结合数字梯度敏感（digital gradient sensing, DGS）方法和数字图像相关（digital image correlation, DIC）方法,可实现平面应力状态下透明试样受集中载荷的应力应变同步测量方法。分别在透明试样和散斑板表面制备蓝色和红色的荧光散斑,然后利用3CCD相机分离试样和散斑板上特定光谱的荧光散斑,从而实现前后两个散斑图像的独立成像。分别计算可得到透明试样的应变和应力梯度场。通过展开半平面集中力加载实验,进行实验结果与解析值的对比,验证了此方法的可行性。

     

基于主应变场的混凝土全表面开裂特征实时测量与分析

测量裂纹的扩展过程对于揭示混凝土结构的破坏机理和评价其力学性能十分重要. 本文提出了一种基于混凝土表面变形场的裂纹定位和宽度测量方法, 首先基于多相机数字图像相关方法得到混凝土试件表面的高分辨变形场, 发现开裂引起的位移梯度使裂纹附近的虚主应变场明显区别于未开裂处, 且主应变场在裂纹法线方向近似高斯分布. 借鉴在激光条纹中心线定位中广泛采用的Steger算法思想, 提出了基于主应变场的裂纹定位方法, 并将裂纹两侧位于法线上的面内位移向量做差沿裂纹法线方向上的投影为Ⅰ型裂纹宽度, 沿裂纹切线方向上的投影为Ⅱ型裂纹宽度, 最终得到了裂纹每一点的位置和宽度. 利用高精度平移台设计了模拟裂纹扩展的实验, 以验证Ⅰ型裂纹宽度的测量精度. 实验结果表明: 裂纹宽度的测量误差在0.010 ~ 0.017像素之间, 与理论预测相符; 测量误差的标准差在0.006 ~ 0.008像素之间, 测量结果比较稳定. 在同等分辨率下, 本文方法的测量精度优于基于图像的裂纹测量方法. 本文提出的方法可以全自动、实时地测量裂纹扩展, 为混凝土实验提供了一种可靠、精确的全场裂纹测量手段.

     

基于普通镜头与改进视场分离技术的光学引伸计

虽然基于远心镜头的光学引伸计在应变测量中具有精度高的优点,但是远心镜头成本高、视场固定的不足使得引伸计灵活性较差,因此,本文提出了一种基于低成本普通镜头与改进视场分离技术的光学引伸计方法。该方法取2个独立视场中心线上的点作为标距点,既减小了离面刚体位移对测量方向应变的影响,又有效增加了引伸计标距。通过不锈钢试样的静态实验和单轴拉伸实验验证了该光学引伸计的可行性和稳定性,实验结果的均方根误差(RMSE)约为5με,表明提出的光学引伸计具有很高的应变测量精度。     

应用数字图像相关方法测量含缺陷试样的全场变形

利用数字图像相关方法测量表面带孔洞、裂纹、缺口等缺陷试样的全场变形是许多实际测量任务中经常遇到的问题。就此问题,本文阐述了一种先对要避免计算的缺陷区域进行标记,在随后进行的相关计算中直接避免这些标记区域的方法。在已计算得到全场位移的情况下,文中提出了基于局部位移场最小二乘拟合的方法来计算区域边界、孔洞、裂纹或缺口附近等区域应变。最后对单侧边带半圆缺口试样的单向疲劳拉伸实验的计算结果充分显示本文方法的有效性和可靠性。