[发明专利]一种利用数字图像处理技术测量砂土三轴试样动态全表面局部应变及其均匀性的方法

说明书

一种利用数字图像处理技术测量砂土三轴试样动态全表面局部应变及其均匀性的方法属于土工试验技术领域，基于小型三轴试验仪实现，利用外置高速工业相机，对散斑处理后的三轴试样表面进行试验全过程拍摄，采集全过程图像数据；利用PS对试验图像进行预处理，并截取试样全面场矩形图像中的部分图像作为计算条带，利用DIC图像处理技术计算每一个计算区块的区域数据，最终得到各计算区块的中心点实际位移。根据得到的各计算区块的中心点实际位移，计算局部应变。根据计算所得试样体各局部应变，判别试验过程中试样体总体应变发展均匀性。本发明采用的设备装置简单、试验操作方便并能够减小试验过程中对试样的干扰，同时又能够准确测量试样各局部应变的方法。

技术领域

本发明属于土工试验技术领域，涉及土工动态三轴试验试样应变发展均匀性的测量方法，尤其涉及一种利用数字图像处理技术测量砂土三轴试样动态全表面变应变及其均匀性的方法。

背景技术

在砂土动态三轴试验中，由于刚性试样帽和底座与试样之间存在摩擦力约束，在试样受力加载过程中，试样端部受力与中间部分不一致，从而导致试样体整体的应变发展不均匀。同时，在动态加载过程中，由于加载频率、渗透系数等因素影响，导致试样整体应变的发展不均匀。目前，一般传统的动态三轴试验设备，采用外置位移计，测量精度低，其安装位置决定了测量结果中必然要包含加载杆、内外置力传感器、试样帽、滤纸和透水石间的变形,还包含它们之间及其与试样之间的初始接触挤压变形，用其测量结果计算试样整体的平均应变，这显然是不准确且是不合理的。

目前，很多学者就上述问题上做了相关的研究，一般都是采用在压力室内部或者直接在试样体上安装一定量的局部位移计，测量试样体某些局部的应变，使用较多的方法：直线位移传感器(LVDT)、悬臂式局部位移计(Cantilever－LDT)、局部位移计(LDT)等。但是这些传感器的设置，均会在试样体上设置接触设备，由于这些附加设备的存在，影响试验的进行和测量，主要的影响有：一是，在试验加载过程中，传感器的引入会干扰试样体应变的发展，无论是轴向应变还是径向应变，都会受到扰动；二是，动态加载过程中，应变发展较为迅速，径向应变的发展会干扰局部位移计的测量准确性和精度；三是，对于变形发展至较大的情况时，这类方法测量是不准确的，对于大变形的试验工况，这类方法是不适用的；四是，局部位移计的测量设置，只能测量某些局部的应变情况，不能对试样的全面场进行各部位的局部测量，导致测量不够全面准确；五是，由于需要采用大量的设备，导致试验设备结构复杂，试验操作难度加大，试验成本增加。

由此可见，目前亟需一种不影响试样应变发展，又能全面准确测量试样各局部变形的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术和方法的缺点和不足，提供一种设备装置简单、试验操作方便并能够减小试验过程中对试样的干扰，同时又能够准确测量试样各局部应变的方法，解决了试样体动态情况下全表面各局部变形测量的难题、动态情况下试样体大变形测量的难题以及判别加载频率，制样方法等对试样应变发展均匀性影响的难题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种利用数字图像处理技术测量砂土三轴试样动态全表面变应变及其均匀性的方法，该方法通过高速工业相机拍摄试样上印制的散斑来跟踪模拟试样的变形过程，而后利用先进的数字图像处理技术-DIC对所拍摄的散斑图像进行分析，获取试样体整体各个局部的变形，试验过程操作难度低，后期图像处理技术成本低，分析结果有效性和可信度高，测量过程不会扰动试样，同时还可以进行径向应变等其他参数的分析。该方法基于试验装置实现，试验装置包括小型三轴仪1、高速工业相机8、电脑9等。具体包括如下步骤：

(1)采用小型三轴仪1设备制备试样6。

(2)对乳胶膜5进行散斑处理。

(3)对试样6进行安装、通气、饱和、固结，并连接好加载装置。