摘要：提出了一种新的基于图像灰度梯度迭代的数字散斑相关方法(DSCM,digital speckle correlation method)。通过使用DSCM测量碳纤维复合材料压力容器在水压下的局部区域的位移场和应变场,分析了复合材料压力容器的轴向和环向的变形特征,为碳纤维复合材料压力容器的优化设计提供了理论和实验依据。

摘要：为克服基于传统数字散斑相关方法搜索结果易陷入局部最优、后期收敛速度慢等缺点,引入基于群体智能的布谷鸟搜索算法,从随机步长、鸟巢更新策略和最优鸟巢扰动策略3方面对算法进行改进。以模拟散斑图为研究对象,观察改进布谷鸟搜索算法在相关搜索时鸟巢的运动轨迹,与基本布谷鸟搜索算法、粒子群算法在寻优精度和收敛速度方面进行比较。仿真结果验证了该算法应用于数字散斑相关方法的可行性和优越性。

摘要：针对目前杂粮机械化收获过程中因茎秆缠绕堵塞影响脱粒性能的问题,基于数字散斑相关方法设计了谷物脱粒运动试验系统。系统由脱粒试验装置和测试系统组成,可进行单脱粒滚筒脱粒性能试验和双脱粒滚筒脱粒性能试验及脱粒运动分析。脱粒运动试验表明:物料在两脱粒滚筒间的上部运动方向无规律、一级脱粒滚筒脱出的长茎秆过多造成了脱粒运动堵塞。试验系统可实现复杂环境下的物料全景运动分析,解决了由于物料成分复杂、像移模糊造成的图像分析困难问题。研究结果为解决杂粮脱粒堵塞问题提供了参考。

摘要：为解决传统采矿相似模拟观测方法存在的自动化程度低、试验前安装过程麻烦、工作量大、精度低等缺点,提出一种适用于采矿相似模拟模型的数字散斑相关方法(digital speckle correlation method,DSCM),实现对相似模拟模型位移场的自动监测。该方法考虑模型沉陷位移规律,将有限元思想应用于模型位移监测,并根据位移特点将模型表面进行分区处理,设计搜索区域以及改进有限元方法以求取位移初值。在此基础上,根据位移矢量大小选用不同的搜索方法,得到整像素级位移精确值,接着使用灰度插值法求取亚像素级位移精确值。最后通过单应变换将不同时期的监测点像素坐标映射到物方平面得到监测点物方位移。试验结果表明:利用该方法所测监测点的像方分辨率为0.01像素,物方分辨率高于0.001 m,所得位移场的竖直与水平位移与实际情况一致,可以满足矿山岩层相似模拟试验的要求。

摘要：岩石材料的破坏涉及许多岩石工程的安全,直接导致地震等灾害的发生,因而一直是岩石力学界的重要研究课题。但是,这一研究目前尚缺少一种理想的实验观测方法。本文结合岩石破坏过程的特点和数字散斑相关方法(DSCM)的基本原理,发展了一种专门适用于岩石破坏过程测量的DSCM系统,并用此系统对岩石破坏中的一些重要问题进行实验研究,得到了一些有价值的结果。 论文发展了适用于岩石破坏过程测量的DSCM测量系统,其主要成果为:⑴发展了适于岩石破坏测量DSCM的关键技术,包括分别用于快速预分析和高精度最终分析的相关公式、搜索算法以及亚像素估计算法;⑵设计和实现了用于岩石破坏测量DSCM的硬件和软件系统,可以完成普通岩石力学实验环境下岩石破坏过程的动态图像采集及按不同要求的变形场处理及分析;⑶提出了以相关系数分布来估计岩石表面破坏程度的观点并用实验进行了验证;⑷设计了一种用于岩石破坏实时观测分析的实时DSCM系统;⑸改进了散斑图模拟算法,并分别用该算法生成的模拟散斑图和实际散斑图对系统进行了验证。上述研究成果为岩石破坏测量提供了一种更加适合的测试方法。 论文的另一部分工作是采用上述观测系统对岩石破坏中的一些重要问题进行研究,其主要成果为:(1)

摘要：剪切带是土体局部化变形的典型形式,是控制土体稳定性的重要因素。为了自动、精确识别模型试验中剪切带,基于自行研制的数字散斑相关(digital speckle correlation method,DSCM)软件系统PhotoInfor,提出采用最小二乘曲线拟合的砂土剪切带识别方法,针对不同倾角下剪切带边界点的识别问题,设计一种基于最佳拟合线搜索的剪切带自动识别算法,给出基于边界点识别结果的剪切带厚度及剪切带内应变的简明计算方法。通过室内大型砂土剪切模型试验,验证该方法的有效性。研究结果表明,在剪切过程中剪切带呈现剪胀特点,剪切变形可分为缓慢增长和急速增长两个阶段,剪切带最终形成时的厚度在不同区域并不完全相同。研究成果可为岩土力学试验中识别与分析剪切变形模式提供一种简便高效的方法,对于研究土体变形特性和评判工程稳定性都具有重要意义。

摘要：开展锚杆拉拔过程中锚固体系传力规律的实验研究。通过设计锚杆拉拔实验模型,并以应变片和数字散斑相关方法作为实验测试手段,分析锚杆拉拔过程中锚杆传力、锚固体系变形场演化、锚固剂与围岩界面变形演化、锚固剂与围岩位移及锚固剂与围岩相对位移演化特征。研究结果表明:1)锚杆竖向应变随与锚固端部距离增加而减小,相邻两测点轴力差值演化特征与锚杆锚固剂界面的摩擦类型相关;2)锚固体系变形场演化特征为:在锚杆拉拔过程中,锚固体系变形主要集中于锚固剂与围岩界面处,随着拉拔力增加变形集中区域从锚固端部沿锚固方向向深部扩展;3)锚固剂与围岩界面变形演化特征为:初始拉拔阶段,界面变形沿锚固方向呈单调递减趋势,随拉拔力增加,界面变形沿锚固方向呈先增后减趋势,且变形最大值固定于近锚固端部的某一锚固深度;4)锚固剂与围岩位移演化具有一致性特征,总体经历了弹性变形阶段、塑性变形及扩展阶段、变形回弹阶段,锚固剂与围岩的相对位移演化速率与锚固剂和围岩的变形阶段相关。

摘要：将岩石在动载荷作用下破坏过程的应力场直观地表现出来,从变形场演化的角度研究岩石试件的破坏规律是岩石力学变形观测领域一个有重要意义的课题。采用岩石材料破坏过程变形场监测(Geo-DSCM)系统,观测循环载荷作用下岩石材料破坏过程中的变形场演化。岩石试件采用大理岩加工而成,对岩石试件加载的循环载荷为正弦波,其下、上限载荷分别为10,130kN,频率为0.04Hz。通过对多个岩石试件的变形破坏过程的观测,从变形场演化的角度总结岩石材料在循环载荷下的破坏规律。试验结果表明:循环载荷作用下岩石的变形经历3个阶段,即均匀阶段、局部化阶段和破坏阶段。岩石在破坏过程中其变形场演化表现出一个规律,即在破坏前夕发生严重的变形局部化现象,形成变形局部化带;变形局部化带中的变形进一步集中,形成宏观裂纹,导致试件破坏。从而可用一种描述变形场局部化特征的统计量(如变形场的方差)来表征变形场演化过程,岩石破坏前发生变形局部化,此统计量会发生突跳。因此,此统计量可用以指示岩石结构的破坏,如果设计现场观测系统,应用此方法有望实现灾害监测与预报。

摘要：拉胀材料因其特殊性能在材料领域备受重视。将负泊松比效应应用在泡沫混凝土中,可使其具备良好的力学性能与吸能效果。本试验利用化学发泡法制备了三种不同孔隙形态的泡沫混凝土,分别为闭孔泡沫混凝土、连通孔泡沫混凝土、内凹孔泡沫混凝土。利用图像法对泡沫混凝土的干密度和孔隙结构参数进行表征,通过万能试验机测试了泡沫混凝土的静态压缩强度、抗折强度,通过工业相机及数字散斑相关方法(DSCM)研究了泡沫混凝土的区域形变行为以及泊松比值。结果表明:泡沫混凝土的孔隙率、孔径及干密度与发泡剂的添加量有关,添加量越多,干密度越小,孔隙率和孔径增大;泡沫混凝土的抗压、抗折强度也与发泡剂的添加量有关,其强度随着添加量的增多而减小,但孔隙呈内凹状的泡沫混凝土具有较高的抗压强度和抗折强度,内凹孔泡沫混凝土的压缩断裂能为33.9×10^(3)J/m^(3),相比闭孔泡沫混凝土提高44.9%。DSCM表明内凹孔泡沫混凝土在压缩过程中会出现明显的收缩效应,其收缩率为闭孔泡沫混凝土的37.5%,压缩期间负泊松比值最大可达-3.7。

摘要：基于高速图像采集设备和数字散斑相关方法(DSCM),建立了一套岩石破坏动态变形场观测实验系统,介绍了系统的组成和原理,重点阐述了用于岩石动态变形测量时光源的选择、采集速率的设置和图像采集的触发等关键技术。用此动态变形场观测实验系统可完成动(静)态载荷作用下岩石破坏瞬间试件表面图像的准确高速采集,并进一步完成变形场的定量分析。用设计的系统完成了岩石巴西圆盘实验和岩石I型裂纹动态断裂实验,对动态变形场观测实验系统的可行性和有效性进行了验证。观测系统获得的脆性岩石失稳破坏过程中动态、定量的变形场数据可为深入研究岩石失稳破坏机理提供基础的数据和认识。