[发明专利]一种基于图像识别的散体剪切特性演化规律研究方法

说明书

本发明公开了一种基于图像识别的散体剪切特性演化规律研究方法，包括：根据待研究散体材料的粒径级配确定剪切盒的尺寸，并将剪切盒的前面板改装为透明面板；将待研究散体材料装填到改装后的剪切盒中，并在改装后的剪切盒上覆盖上压板和滑动加压装置，对待研究散体材料进行散体剪切试验；采用图像识别设备，透过改装后的剪切盒的前面板，对散体剪切试验过程中，剪切盒内所装填的待研究散体材料的剪切过程实时进行图像采集和记录；基于记录的剪切过程的图像，对待研究散体材料的剪切特性进行定量化表征。本发明为散体领域研究开拓了新方法，也为各类散体系统的安全性研究提供了理论支撑。

技术领域

本发明涉及散体力学研究技术领域，特别涉及一种基于图像识别的散体剪切特性演化规律研究方法。

背景技术

散体系统是生活中最常见的现象，也是工程中常见的系统。其失稳过程为剪切破坏，探究剪切过程中的散体的力学特性和运动特性是研究散体系统的基础。在自然界中，散体系统通常呈自然堆积状态，其内部的不均匀性包括尺寸、形状以及赋存状态，这些因素决定了散体系统的复杂性。因此，研究散体的不均匀性对剪切特性，包括应力、位移、旋转、剪切带与涡旋的演化过程有重要影响，对散体系统的安全性具有重要意义。

目前，为研究散体剪切特性，主要是基于散体剪切试验进行力学特性及其影响因素分析。分析散体系统的剪切特性对散体系统的堆存、处理以及失稳预测具有重要意义。但是，目前在散体剪切特性的研究中，剪切过程涉猎较少，基本都是从剪切结果推断剪切过程，或者采用离散元数值模拟匹配剪切结果，进而观察剪切过程的演化。此外，剪切过程不可视，无法实时探究剪切过程中剪切面的位移、速度、旋转以及剪切带的生成。且由于剪切设备的小型化和不可视，学者在研究过程中往往都忽略了散体系统的流动特性，对散体涡旋的研究少之又少。针对散体系统的剪切运动特性以定性分析为主，缺乏定量表征。

发明内容

本发明提供了一种基于图像识别的散体剪切特性演化规律研究方法，以解决现有的散体剪切试验中，剪切过程不可视、无法实现散体剪切运动特性，如位移、速度、旋转、剪切带和涡旋演化的实时监测与定量表征的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种基于图像识别的散体剪切特性演化规律研究方法，该方法包括：

根据待研究散体材料的粒径级配确定剪切盒的尺寸，并对所述剪切盒进行改装；其中，对剪切盒进行改装包括：将所述剪切盒的前面板改装为透明面板；

将待研究散体材料装填到改装后的剪切盒中，并在改装后的剪切盒上覆盖上压板和滑动加压装置，对待研究散体材料进行散体剪切试验；

采用图像识别设备，透过改装后的剪切盒的前面板，对散体剪切试验过程中，剪切盒内所装填的待研究散体材料的剪切过程实时进行图像采集和记录；

基于记录的剪切过程图像，对待研究散体材料的剪切特性进行定量化表征。

进一步地，所述对散体剪切试验过程中，剪切盒内所装填的待研究散体材料的剪切过程实时进行图像采集和记录，包括：

通过图像采集的方式对待研究散体材料剪切过程中剪切面颗粒的位移和旋转、剪切带的生成和演化，以及涡旋的生成和演化过程进行识别和记录。

进一步地，所述剪切特性包括：散体材料的力学特性和运动特性；其中，

所述力学特性包括：剪切强度、残余强度、内摩擦角和摩擦系数；

所述运动特性包括：剪切过程中剪切面颗粒的位移、速度、旋转、剪切带的生成与演化，以及涡旋的生成与演化。

进一步地，所述涡旋为散体材料速度涡旋，为剪切过程中部分颗粒速度矢量围绕某个中心呈旋转的特性。

进一步地，所述透明面板与所述剪切盒的盒体之间为可拆卸连接。