[发明专利]一种非连续变形测量方法

说明书

本发明涉及一种非连续变形测量方法，该测量方法的步骤如下：在被测物体表面绘制人工散斑图案；安装装置；开动试验机，对被测物体进行加载实验，按照预先设定的采集帧率进行图像采集；根据实验荷载数据信息，均匀挑选图像，进行扩展裂缝边界检测，并标识出扩展裂缝的边界，得到裂缝扩展区域，根据扩展裂缝边界的灰度坐标信息，获取裂缝扩展尺寸；对裂缝扩展区域进行剥离，获取裂缝剥离之后的图像；对裂缝剥离后的图像采用数字图像处理方法进行分析，获取裂缝扩展尖端所在位置以及该位置处的位移和应变信息，进而得到剥离裂缝扩展区域后的全场位移和应变信息。该方法能够解决混凝土、岩石等准脆性材料的非连续变形测量问题。

技术领域

本发明涉及实验力学数字图像处理技术领域，特别涉及一种非连续变形测量方法。

背景技术

当在外力作用下，混凝土、岩石等材料未产生很大变形时，其表面通常会伴随有裂缝的产生，在断裂力学领域中，将具有上述破坏特征的材料称为准脆性材料。由于准脆性材料在产生裂缝后，其表面将不再保持为连续状态，因此将准脆性材料的这种破坏方式称为非连续变形破坏。与准脆性材料相对应，能够承受很大变形，且一般不会产生裂缝的材料，称为延性材料，如金属、机械等，延性材料产生的破坏称为连续变形破坏。

裂缝作为准脆性材料受力变形后所产生的一种外观表象，已成为广大科研工作者与工程技术人员关注的热点问题。由于准脆性材料的断裂破坏过程始终伴随有裂缝的产生，因此借助于一种可靠的试验测量手段，观测准脆性材料裂缝的扩展过程，准确获取裂缝扩展尺寸、裂缝扩展尖端位置以及该位置处的真实位移和应变信息，对于理解准脆性材料的断裂破坏机理，具有十分重要的科研意义与工程实用价值。

在实验力学领域中，数字图像相关方法以其非接触、全场测量且操作简便等优良特性，逐渐得到了推广与应用。黄才政等(黄才政.基于数字图像相关方法的混凝土断裂过程区力学特性研究[D].重庆交通大学,2016.)通过开展混凝土三点弯曲预制缺口梁断裂试验，结合数字图像相关方法，对裂缝扩展过程进行了研究。图2为其试件破坏前的图像及在不同荷载阶段下由数字图像相关方法计算得出的全场水平应变云图，其中(a)给出了该试验中试件最终破坏时的图形，由图可看出在预制裂尖前端有一条竖向扩展裂缝产生，(b)～(d)为不同荷载阶段下由数字图像相关方法计算得出的全场水平应变云图(图中P_max代表峰值荷载，(↑)代表荷载上升段，(↓)代表荷载下降段)，可看出在裂缝产生后，裂缝扩展位置处仍存在应变信息，未能将裂缝区域进行剥离。吴智敏等(Wu Z M,Rong H,Zheng J J,etal.An experimental investigation on the FPZ properties in concrete usingdigital image correlation technique[J].Engineering Fracture Mechanics,2011,78(17):2978-2990.)通过开展混凝土三点弯曲梁断裂试验，采用数字图像相关方法，对混凝土断裂过程区进行了研究。图3为试件破坏前的图像及在不同荷载阶段下由数字图像相关方法计算得出的全场水平应变云图，其中(a)给出了试件最终破坏时的图形，由图可知该试件在最终破坏时有一条竖向裂缝产生，(b)～(c)为不同荷载阶段下由数字图像相关方法计算得出的全场水平应变云图，可看出在裂缝产生后，裂缝扩展位置处仍存在应变信息，未能将裂缝区域进行剥离。

由以上两个实例可看出，现有的数字图像相关方法，在处理准脆性材料的非连续变形破坏问题时，存在以下不足之处：①无法自动检测裂缝扩展边界，获取裂缝扩展尺寸信息；②无法对裂缝扩展区域进行剥离，获取裂缝扩展尖端所在位置以及该位置处的真实位移和应变信息。因此有必要结合现有的数字图像处理技术，提出一种非连续变形测量方法，解决准脆性材料的非连续变形测量问题，服务于科学研究与实际工程领域。

发明内容