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专利号: 2014102685268
申请人: 青岛理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种颗粒体系动力链的识别方法,其特征在于通过CCD摄像机、岛津万能试验机和实验容器共同完成,其具体工艺步骤为:(1)、先将颗粒体系在平面应变状态下加载,使颗粒体系变形真实可见,利用CCD摄像机实时监测并自动采集颗粒体系变形图像;

(2)、再采集变形前颗粒体系图像,并保存为bmp图像格式,作为原始图像;

(3)、对颗粒体系进行加载,并以固定时间间隔采集颗粒体系变形图像,得到多个时刻颗粒体系变形图,作为目标图像;

(4)、对采集得到的原始图像和目标图像进行分析,将目标图像与原始图像利用现有的数字图像相关方法进行分析,得到目标图像对应时刻的颗粒体系面内位移场和应变场;其中数字图像相关方法的原理为:对变形前后测量物体表面的两幅数字图像,利用灰度不变特性,匹配变形前后采集图像上的几何点,跟踪几何点的运动,获得物体表面变形信息,即在变形前的图像中取待求点P(x,y)为中心的(2N+1)×(2N+1)大小的计算子区S,在变形后的目标图像中移动,按归一化的最小平方距离相关函数进行计算,寻找以相关系数C出现极值所对应的点P‘(x+u,y+v)为中心的(2N+1)×(2N+1)大小的目标子区S′,则u、v分别为点P(x,y)沿x方向和y方向的位移;归一化的最小平方距离相关函数公式:其中,f(x,y)是变形前计算子区S的中心点P(x,y)的灰度值,g(x,y)是变形后目标子区S′中心点P‘的灰度值;fm和gm是变形前子区和目标子区的灰度平均值;N是正整数,N的具体数值在计算过程中自行设置;Δf是变形前各点灰度与平均灰度的差的平方和,Δg是变形后各点灰度与相应平均灰度的差的平方和,CZNSSD代表归一化的最小平方距离相关函数公式;

(5)、将应变场内每一点的应变代入平面应变状态下的应力-应变关系式,得到各点的应力;

其中,εx,εy,γxy分别为点的x方向应变、y方向应变和剪切应变;σx,σy,τxy分别为点的x方向应力、y方向应力和剪切应力;E为弹性模量,μ为泊松比;

(6)、对步骤(3)中采集得到的目标图像利用Canny算子进行图像边缘检测,采用Hough变换对颗粒形心进行识别,读取颗粒形心坐标和各颗粒的接触点位置坐标;

(7)、对各颗粒建立力的平衡和力矩平衡方程: 其中NC为

i i

颗粒接触点个数,f为第i个接触点处的接触力,s 为第i个接触点相对于坐标原点的方向向量;

i

(8)、计算得到各颗粒上不同接触点处的接触力f的大小和方向;

(9)、利用常规使用的matlab软件将各颗粒接触力画出,通过箭头的长短、粗细及颜色来区分力的大小;相邻颗粒间接触力连续表示出来的图形即为动力链的路径。

2.根据权利要求1所述颗粒体系动力链的识别方法,其特征在于所述CCD摄像机为型号scA1600-14fm的市售产品,岛津万能试验机为型号AG-IC50kN的市售产品;实验容器的主体结构包括刚性槽、有机玻璃、第一螺丝和第二螺丝,由刚性槽和有机玻璃通过第一螺丝固定成一个整体,有机玻璃的厚度根据实验条件进行更换,有机玻璃和刚性槽之间的距离通过添加垫板进行调节,并通过第二螺丝固定在实验平台上。