基于数字散斑方法的花岗岩断裂力学特性研究
数字散斑相关方法研究与应用的开题报告
数字散斑相关方法研究与应用的开题报告一、选题背景数字散斑相关方法是利用数学和光学原理，将数字信息和光学信息相结合，将数字图像转化为散斑图像进行处理的一种方法。
它广泛应用于物体三维形貌测量、物体表面形态变形的研究、无损检测、高精度位移测量等领域，进而推动了这些领域的发展。
随着数字散斑相关方法应用的扩大和深入，越来越多的新技术和新应用被发掘出来，因此本文选择数字散斑相关方法作为研究课题。
二、研究目的本研究旨在探索数字散斑相关方法的原理、算法与应用，分析其在物体三维形貌、位移测量、形态变形测量等方面的作用和优势，研究数字散斑相关方法在实际应用中遇到的问题和解决方法，为数字散斑相关方法在相关领域的应用提供参考。
三、研究内容1.数字散斑相关方法的原理与算法分析；2.数字散斑相关方法在物体三维形貌测量应用中的研究；3.数字散斑相关方法在物体位移测量应用中的研究；4.数字散斑相关方法在物体形态变形测量应用中的研究；5.数字散斑相关方法在实际应用中遇到的问题及解决方法的研究。
四、研究方法1.文献调研法：对数字散斑相关方法相关的经典文献、技术应用论文和专利文献进行调研，了解其发展历程和现状；2.实验研究法：结合数字散斑相关方法的实际应用情况开展实验，评估其效果，发现解决实际问题的方法；3.数学模型法：依据数字散斑相关方法的原理，建立数学模型，进行数值计算和仿真分析。
五、预期结果1.深入了解数字散斑相关方法的原理、算法、特点及其在相关领域的应用情况；2.总结数字散斑相关方法的优缺点，为进一步研究提供基础；3.探索数字散斑相关方法在实际应用中遇到的问题，并提出解决方法；4.为数字散斑相关方法的研究和应用提供参考。
六、研究意义1.能够进一步深入了解数字散斑相关方法的原理和算法，为相关研究提供基础和指导；2.能够总结数字散斑相关方法在物体三维形貌、位移测量、形态变形测量等方面的应用情况和优势，为相关领域的实际应用提供参考；3.能够发现数字散斑相关方法在实际应用中遇到的问题并提出解决方法，为相关科研人员提供参考。
岩石材料动态断裂韧性的实验研究
岩石材料动态断裂韧性的实验研究高远;宫能平;罗裕繁【期刊名称】《安徽理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(032)001【摘要】In order to study dynamic mechanical properties and failure mechanism of rock materials, preventing catastrophic damage casued by rock burst, a new testing research for dynamic fracture toughness was carried out based on fracture toughness testing method on Central Cracked Circular Disk specimen and the principle of the Split Hopkinson Pressure Bar. The test data processing was in accordance with principle of SHPB, dynamic fracture toughness was calculated by using the average load in the specimen. Experimental results indicate that proposed dynamic fracture testing method for rock materials is effective. The dynamic fracture toughness is dependent on loading rate and its value increases with loading rate increase.%为了研究岩石类材料的动态力学性能及动态破坏机理,防止出现岩石爆裂造成灾难性破坏,根据中心裂纹圆盘试件断裂韧性测试方法和分离式霍普金森压杆的基本原理,在SHPB装置上测试了花岗岩的动态断裂韧性.对测试结果按照SHPB基本原理进行处理,以试件两端平均载荷带入准静态公式得到动态断裂韧性.处理结果表明,用试件两端平均载荷获得岩石动态断裂韧性的实验方法有效的；花岗岩的动态断裂韧性具有加载速率相关性,随着加载速率的增加断裂韧性增大.【总页数】4页(P13-16)【作者】高远;宫能平;罗裕繁【作者单位】安徽理工大学应用力学研究所,安徽淮南 232001;安徽理工大学应用力学研究所,安徽淮南 232001;安徽理工大学应用力学研究所,安徽淮南 232001【正文语种】中文【中图分类】TU45【相关文献】1.含裂纹模拟岩石材料动焦散实验研究 [J], 边亚东;胡江春;潘洪科2.冲击载荷下岩石材料动态断裂韧性测试研究进展 [J], 岳中文;陈彪;杨仁树3.低温环境下复合材料层板动态断裂韧性的实验研究 [J], 韩省亮;韩小平;殷民4.致密储层岩石应力各向异性与材料各向异性的实验研究 [J], 王小琼;葛洪魁;王文文;张茜5.复合材料层合板动态断裂韧性与损伤扩展的实验研究 [J], 韩省亮;李旭之;于良;韩小平因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
岩石变形破坏的数字散斑相关方法研究_宋义敏
收稿日期：2010–08–24；修回日期：2010–10–16 基金项目：国家重点基础研究发展规划(973)项目(2010CB226801)；国家自然科学基金资助项目(10972038，50904071) 作者简介：宋义敏(1972–)，男，2001 年毕业于辽宁工程技术大学力学与工程科学系工程力学专业，现为博士研究生，主要从事岩石力学试验方 面的研究工作。E-mail：ssyymmok@
本文分别进行了岩石加载全程的变形演化实验 和岩石破坏瞬态过程变形演化实验研究。岩石加载 全程的变形演化实验研究中采用 CCD 相机记录岩 石加载全程的试件表面散斑图像，岩石破坏瞬态过 程变形演化实验研究中采用高速相机记录岩石破坏 瞬态过程的试件表面散斑图像。根据 DSCM 得到 试件的变形场，并对岩石变形破坏演化进行分析。
SONG Yimin1，MA Shaopeng2，YANG Xiaobin3，WANG Xian2
(1. Department of Engineering Mechanics，Tsinghua University，Beijing 100084，China；2. College of Aerospace Engineering， Beijing Polytechnic University，Beijing 100081，China；3. Faculty of Resources and Safety Engineering， China University of Mining and Technology，Beijing 100083，China)
加载曲线
(a) 标识点 1 变形场 (b) 标识点 2 变形场 (c) 标识点 P 变形场 区域 1 区域 2
在试件加载整个过程中，图像系统共采集 1 525 张散斑图像。选取加载全程中 5 个典型时刻进行标 识，试件单轴加载全程应力–应变曲线见图 2。
211083994_基于3D-DIC_的花岗岩SHPB_压缩冲击动态应变场研究
科学研究创基于3D-DIC的花岗岩SHPB压缩冲击动态应变场研究戴搏凡介海堃（中国矿业大学力学与建筑工程学院北京100083）摘 要：本文利用三维散斑数字图像相关（3D-DIC）技术获得花岗岩在压缩冲击条件下应变场的变化，得到随着应力波在花岗岩反射和透射传播过程的应变场变化细节，对了解花岗岩各向异性介质动态破坏特性具有重要意义。
通过全场应变、位移、加速度、速度云图，可以反映出应力波的传播过程，应力波从试件左端开始传播，在试件中来回反射，直至应力波逐渐衰弱，形成拉压应力交替的现象。
通过冲击过程中花岗岩表面应变的可视化，可以将试件表面应变局部化区域孕育发展的过程直观地显示出来，试样的变形破坏具有显著的应变局部化特征，试样最终破坏区域与应变局部化区域位置基本相同。
关键词：三维数字图像相关分离式霍普金森压杆动态破坏特性应力波应变场中图分类号：T U45文献标识码：A文章编号：1674-098X(2022)09(b)-0029-08 Study on Dynamic Strain Field of Granite under SHPBCompression Impact Based on 3D-DICDAI Bofan JIE Haikun( School of Mechanics and Civil Engineering, China University of Mining and Technology,Beijing, 100083 China )Abstract: In this paper, 3D Speckle Digital Image Correlation (3D-DIC) technology is used to obtain the variation of the strain field of granite under compression and shock, and obtain the details of the variation of the strain field as the stress wave propagates, which is of great significance for understanding the dynamic failure characteristics of the granite anisotropic medium. Through the whole field strain, displacement, acceleration, velocity cloud map can re-flect the stress wave propagation process. The stress wave starts to propagate from the left end of the test piece and reflects back and forth in the test piece until the stress wave gradually weakens, forming a phenomenon of alternating tension and compression stress. The visualization of the surface strain of granite intuitively shows the incubation and development of the strain localization region on the specimen surface. The deformation and failure of the specimen has obvious characteristics of strain localization, and the location of the strain localization region is consistent with the final failure zone of the specimen.Key Words:3D-DIC; SHPB; Dynamic failure characteristics; Stress wave; Strain field霍普金森压杆（SHPB）系统是人们研究材料在中等应变率（1×10-4）动力学特性的主要试验方法［1-2］，岩石是典型的各向异性介质材料，获得其在SHPB压缩冲击下的应变场特性具有重要意义［3］。
岩石破裂全程数字化细观损伤力学试验研究
第30卷第11期 岩 土 力 学 V ol.30 No. 11 2009年11月 Rock and Soil Mechanics Nov. 2009收稿日期：2008-05-29基金项目：国家自然科学基金项目（No. 50674040）；江苏省研究生培养创新工程项目（No. CX07B_128z ）；国家自然科学基金、二滩水电开发有限责任公司雅砻江水电开发联合研究基金重点项目（No. 50539090）。
第一作者简介：倪骁慧，男，1979年生，博士研究生，主要从事岩石力学方面的工作。
E-mail: nxh2004@文章编号：1000－7598 (2009) 11－3283－08岩石破裂全程数字化细观损伤力学试验研究倪骁慧1, 2，朱珍德1, 2，赵 杰1, 2，李道伟1, 2，冯夏庭3（1. 河海大学 岩土工程科学研究所，南京 210098；2. 河海大学 岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室，南京 210098；3. 中国科学院武汉岩土力学研究所，武汉 430071）摘 要：设计基于扫描电镜（SEM ）的岩石破裂全过程数字化细观损伤力学试验方案，实现了岩石破裂全过程的显微与宏观实时的数字化监测、控制、记录及分析的岩石力学试验。
应用于四川锦屏大理岩预制裂纹试样中进行单轴压缩破坏全程的数字化试验，对微裂纹的萌生、生长及贯通过程进行数字化定量分析，得到试样在受荷过程中微裂纹的面积、方位角、长度、宽度和周长基本几何数据，从宏细观角度描述了岩石试样单轴压缩过程中的破坏机制，并分析得出试样单轴受压破坏过程中虽然微裂纹在某些区域集中，但在整个试样中微裂纹的统计分布依然是服从某一指数分布的这一结论。
试验研究结果证明了该试验方案的科学性和先进性。
关 键 词：细观力学；岩石破裂全过程；数字化细观损伤力学试验方案；SEM 图像处理程序 中图分类号：TU 458 文献标识码：AMeso-damage mechanical digitalization test of complete process of rock failureNI Xiao-hui 1, 2，ZHU Zhen-de 1, 2，ZHAO Jie 1, 2，LI Dao-wei 1, 2，FENG Xia-ting 3（1. Geotechnical Research Institute, Hohai University, Nanjing 210098, China; 2. Key Laboratory of Ministry of Education for Goemechanics and EmbankmentEngineering, Hohai University, Nanjing 210098, China; 3. Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China ）Abstract: A new meso-mechanical testing scheme based on SEM is developed to carry out the experiment of microfracturing process of rocks. The image of microfracturing process of the specimen can be observed and recorded digitally. The microfracturing process of Jinping marble specimen in Sichuan province under uniaxial compression is recorded by using the testing scheme. Quantitatively investigated the propagation and coalescent of cracks at meso-scale with digital technology, the basic geometric information of rock microcracks such as area, angle, length, width, perimeter, are obtained from binary images after segmentation. The failure mechanism of specimen under uniaxial compression with the quantitative information is studied from macro/micro scopic perspective. The result shows that during the damage of the specimen the distribution of microcracks in the whole specimen are still subjected to exponential distribution with some microcracks concentrated in certain regions. The conclusion indicates that the testing scheme is applicable. Key words: micromechanics; complete process of rock failure; digital micromechanics testing scheme; SEM image processing program1 引 言材料细观结构演化导致宏观力学行为改变一直是固体力学和材料科学研究的热点。
基于数字散斑相关法的岩石材料力学性能的测试
基 于数 字 散 斑 相 关法 的岩 石材 料 力 学 性 能 的测 试
米 红 林
（ 上 海应 用 技 术 学 院 机 械 工 程 学 院 ， 上海 ２ ０ １ ４ １ ８ ）
摘 要 ： 岩 石在 外 力作 用下会发 生 形 变 ， 发 现 和 了解岩 石 材料 的 形 变 、 应 力 分布 等对 避 免 灾 害会 起 到 重要 的预 警作 用 。采用 高精度 的 数 字散 斑相 关技 术 ， 对 岩 石材 料 形 变、 应 力 和 应 变进 行 了 非接 触式 测量 。为验 证 实验 结果 的有效性 ， 电 阻应 变计 贴 附于采 集 区 附近 并且 实验 结 果 与 电测
结果 吻合较 好 。表 明数 字散斑 相 关测 量技 术 能 够 用 于岩 石 等材 料 的 形 变检 测 ， 预 报 变形信 息 ，
结果 可 以定量 和定性 显 示 。
关键词 ： 光 学测 量 ； 数 字散 斑相 关技 术 ； 岩 石材 料 ； 形变
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｎ２ ４ １ ； ０ ３ ４ ８ ． １ １ 文 献 标 志码 ： Ａ 。ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ５ ７ ６ ８ ／ Ｊ ＡＯ ２ ０ １ ３ ３ ４ ． ０ １ ０ ３ ０ ０ ６
第３ ４卷 第 １期
２ ０ １ １ ．３ ４ Ｎｏ． １
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｅ ｄ Ｏｐ ｔ ｉ ｃ ｓ
Ｊ ａ ｎ ． ２ Ｏ １ ３
文章 编 号 ： １ ０ ０ ２ — ２ ０ ８ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ １ ２ ３ — ０ ５
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ １ ４ １ ８，Ｃｈ ｉ ｎ ａ）
基于离散元法的岩石力学破裂特征模拟与分析
基于离散元法的岩石力学破裂特征模拟与分析随着现代工程建设的不断发展，研究岩石力学的重要性也日益凸显。
岩石力学的研究不仅能够为地质灾害的预防和治理提供理论支持，还能够为石油、天然气、工程建设等领域的开发提供技术保障。
而基于离散元法的岩石力学破裂特征模拟与分析，是目前岩石力学研究领域的热门话题，本文将从理论基础、模拟技术和应用实践三方面，对该研究进行探析。
一、理论基础离散元法是一种通过对大量小物体的相互作用进行分解和追踪，来模拟宏观物质力学行为的方法。
该方法最早应用于颗粒物理学领域，在此基础上逐渐拓展到岩石力学领域。
离散元法模拟过程中，物体被抽象为大量小球，而小球之间的相互作用关系则通过使用各类数值模型来模拟，比如弹簧模型、位错模型、接触模型等。
离散元法的理论基础体系主要包括：小球动力学、接触力学、碰撞体系和断裂力学等。
其中，小球动力学理论主要研究小球的运动、旋转和碰撞等基本行为。
接触力学理论则研究小球之间的互相接触与应力分布，从而解释岩石的接触、滑动和破裂等力学特性。
碰撞体系理论则是研究两个小球之间的碰撞，以及在碰撞过程中发生的变形、断裂等现象。
断裂力学理论则是研究岩石在不同力学条件下的断裂特征和破裂过程。
二、模拟技术离散元法模拟技术主要包括初始状态设定、边界条件设定、模型求解和结果分析四个方面。
在初始状态设定方面，必须明确岩石的形状、大小、位置、方向、质量和初始速度等关键参数，然后搭建初始状态的离散元模型。
对于三维模型，一般采用CAD建模软件对岩体进行数字化建模，以便在后续计算中直接导入。
对于大型工程场址，需要将场址的数据进行采样和统计分析，然后利用岩石信息建模系统来建立数值模型。
在边界条件设定方面，需要明确力学加载条件、边界类型和加载方式等参数。
力学加载条件包括单轴压缩、双轴压缩、剪切等多种加载方式。
边界类型分为封闭边界和开放边界。
加载方式则包括恒定速度、恒定应变率、恒定应力等方式。
在模型求解方面，需要利用离散元软件进行计算。
数字散斑相关方法选修课论文
数字散斑相关方法( DSCM) 是一种可以测量变形和应变的光学非接触测量方法，其通过计算变形前后物体表面图像的灰度信息相关来获取被测物的力学性能上世纪80年代，人们在激光散斑相关性分析的基础上提出了DSCM，经过不断深入的研究发展，目前该技术在各领域的应用已经日臻成熟同实验力学中的其它方法相比较，该方法具有测量光路相对简单测量环境要求低非接触测量等优点基于以上优点，该方法在材料力学的性能测量研究中具有非常重要的意义数字散斑相关技术的测量过程是记录物体变形过程的散斑图，通过结合高速视频记录或高速摄影系统来采集变形过程连续序列图像信息，即可实现动态实时的测量近年来，国内外研究人员围绕数字散斑相关做了大量研究工作，针对如何提高测试精度和图像处理速度两个目标，提出了一系列搜索算法亚像素算法系统误差分析和应变场求取等理论和技术目前，DSCM的研究主要集中在应用研究领域，并以提高精度和速度两个指标为重点本文介绍新型相关搜索方法以及国内外数字图像相关技术在各个领域的研究进展相关搜索方法自上世纪80年代初，I．Yamaguch和W．H．Peters W．F．Ｒanson等人提出DSCM以来，经过众多的国内外学者不断的深入探讨，该方法已日趋成熟伴随着如何提高测量结果的精度和计算速度的众多研究，大量新的相关搜索算法随之产生，基于经典数学理论产生的相关搜索算法有双参数法粗细搜索十字搜索牛顿拉斐逊偏微分修正法爬山搜索法等现代数学理论的发展也有助于改善数字散斑相关的主要问题，现代数学理论逐渐的引入，即可形成新的搜索算法，如频域FFT方法自适应遗传算法智能神经网络滤波降噪效果较好的小波变换等，位移映射方法也从传统的一阶映射变成二阶位移映射新算法的产生使得数字散斑相关发展有着质的飞跃，因为其中有的算法对于速度和精度有着数量级的提高2．1 基于遗传算法的相关搜索遗传算法开创性的提出者是美国密西根大学的JohnHolland教授，以后经过后人不断深入和丰富的研究，其应用研究更为广泛和完善遗传算法是借鉴生物的自然选择和遗传进化机制而开发的一种全自适应概率搜索算法遗传算法是将问题的求解表示成染色体，从中选择出适应环境的染色体进行复制，通过交叉变异两种基因操作产生出新一代更适合环境的染色体群，这样一代代不断改进，最后收敛到一个最适合环境的个体上，从而求得问题的最佳解数字散斑相关变形分析中要求解的就是物体表面的变形，遗传算法首先对参数进行编码处理，把问题空间的参数转换成遗传空间中，并由基因按一定结构组成的染色体初始种群生成后，直接采用相关系数的函数作为适用度函数:遗传算法的核心就是遗传操作，包括3个运算: 选择运算交叉运算变异运算遗传操作对个体根据适应度进行优胜劣汰，也进行相互配对的染色体相互交换部分基因，同时替换染色体中的某些基因形成新的基因当适应度接近1或者达到最大进化世代数，则终止迭代操作国内外将遗传算法引入数字散斑相关，并取得了相应的成果2000年，美国南伊利诺伊斯大学的MahajanAjay将遗传算法应用于数字图像相关来估计物体表面的位移及应变2003年，马少鹏和金观昌采用遗传算法进行相关运算，克服了传统方法需要合理的初值和图像导数信息的缺点2004年，天津大学的王怀文和亢一澜结合数字散斑相关和遗传算法建立了一种自适应数字散斑相关方法，并用来做铜箔断裂力学实验和尺寸效应的研究2005年，天津大学的唐晨在传统灰度散斑图像相关基础上提出了彩色散斑图像相关的遗传算法，针对ＲGB色彩空间定量分析彩色图像相似程度2007年，哈尔滨工业大学的陈华将遗传算法应用于三维数字散斑相关，减少了计算复杂度并提高了搜索质量2008年，台湾云林科技大学的HwangSF将模拟退火和自适应机制添加到遗传算法中，利用数字散斑相关方法计算SU-8光刻胶的应力应变2011年，ZhangT克服了传统的遗传算法的过早收敛的缺点，采用多父体杂交和自适应变异概率的遗传操作对复合板的变形进行测量，验证了时间效率有所提升在数字散斑相关的搜索中采用遗传算法避免阈值和合理初值的选择，减少计算量以及求解的复杂程度，同时与传统的搜索方法( 如爬山法) 相比精度有所改善，搜索速度有很大的提高2．2 基于智能神经网络的相关搜索1943年，心理学家W．S．McCulloch和数理逻辑学家W．Pitts 建立了神经网络和数学模型，由此提出人工神经网络经过近70年发展，神经网络算法已经被应用到各个领域，以此对问题进行优化处理，数字散斑相关也逐渐引入人工神经网络人工神经网络通过预先提供一批输入和输出数据，通过神经网络的学习，掌握其中的潜在规律，利用这些规律计算后面输入数据的结果对于数字散斑相关技术，先在散斑图上取网格点，计算出这些网格点的相关点，利用这些预先算出的输入输出结果通过人工神经网络掌握其中相关的规律，再将全场的散斑图作为输入就可以较快地计算全场位移场2001年，Mark．C．Pitter等人运用人工神经网络搜索亚像素位移，位移精度达到了0.03 pixel2009年，天津大学的唐晨和常一鸣在梁的三点弯曲实验的散斑图中，利用数字散斑图像相关法计算均匀分布在梁表面中心矩形区域的点的位移作为样本来训练神经网络，利用神经网络计算该中心区域的位移场2010年，吉林大学的XiaoyongLiu和Qingchang Tan利用傅里叶变换和人工神经网络进行亚像素搜索，得到精度与其他搜索算法精度相当，但速度有很大提高人工神经网络通过采集训练样本，集中训练，用神经网络计算大大提高计算效率，并不需要再对位移场进行平滑处理由于算法具有较强的自适应性学习能力和大规模并行计算能力，使得该算法稳定性较好，精度较高该算法的缺点是计算的结果受网络参数选择影响较大2．3 基于小波变换的相关搜索1989年，Mallat 巧妙地将计算机视觉领域内的多尺度分析思想引入到小波函数的构造以及信号的小波分解与重构中，形成了利用小波进行多分辨率图像分解小波具有去噪的优势使得其对数字散斑相关有很大的作用图像信号可以表示为一个L小波基对原图像和目标图像进行多级分级，对于分级后的图像进行平滑滤波等，滤波后再对图像进行相关搜索对得到的分解后概貌图进行相关计算，下一级的图像搜索得到的位移结果要乘2处理才可返回到上一级图像进行小范围的搜索2002年，天津大学的唐晨和李鸿琦等人基于小波多分辨率分析，对DSCM获得的位移场进行平滑处理，将含噪声的位移场进行小波分解，获得了在不同尺度上的小波系数; 根据位移和噪声在频率上的区别，消除属于噪声的小波系数，从而实现噪声滤除2003年，清华大学的简龙晖和马少鹏等人利用二维离散正交小波技术对图像滤波去噪的同时进行多级分解，从最低的一级开始进行相关搜索计算，然后逐级回溯2003年，清华大学简龙晖和林碧森等人提出了基于小波变换的DSCM，精度由0.05pixel 提高到了0.01pixel 以下，并利用该方法测量了编织结构复合材料板在三点弯曲载荷作用下的位移场2007年，中国科学院的李新忠等人提出了一种基于多尺度小波降噪的数字散斑相关搜索方法，对散斑位移图像进行多级小波分解，采用不同的降噪策略处理后再进行相关搜索，其测量精度提高了一个数量级，相对误差可以控制在1%以内; 同时，其计算效率提高了1倍小波理论的引入使数字散斑相关技术的精度和速度有了数量级的提高，由于小波本身在图像去噪方面的优势，使得数字散斑相关应用范围有所扩大，例如可以测得大位移和含噪声的图像相关位移场所以，随着小波理论研究的不断深入，小波分析在数字散斑相关领域会有更加重要的意义2．4 其他的相关搜索算法2009年，天津大学的唐晨将粒子群算法引入DSCM，并且通过模拟散斑图测试刚体位移和旋转位移场，并进行单向拉伸试验验证了算法稳定性可靠性2012年，辽宁工程技术大学的杜亚志和王学滨观察数字散斑相关运算中粒子运动轨迹，并研究样本子区尺寸粒子数粒子飞行的最大速度和最大迭代次数对计算时间的影响由于粒子群理论的研究不断引入，从而形成了基于粒子群的相关搜索算法相关搜索不仅是在空间域中，而且也可以在频率域中进行，也就频域FFT方法2000年，山东工业大学的周灿林在频率域对物体变形前后散斑图对应的子区域进行相关搜索，完成了测量物体的变形位移，避免了反复相关搜索，从而可快速提取信息2011年，俄罗斯萨拉托夫州立大学的AntonA．Grebenyuk利用快速傅里叶变换进行数字散斑相关计算，可以计算大位移场且在保留空间域的准确性同时节省了计算时间除了以上提出新型的搜索算法，还有模拟退火算法最速下降法变尺度法-BFGS法分形相关法等，众多算法的提出就是为了提高精度和相关搜索的速度，未来的数字散斑相关的研究仍将集中在此方向上，同时提高算法的自适应性和柔性，以此不断丰富DSCM的理论3 国内外DSCM技术的应用发展数字散斑相关技术由于具有实时性非接触全场性光学系统简单等优点而更广泛地应用于科研和生产实践中的力学测量数字散斑相关在材料力学的测量方面已属传统检测项目，其应用已经很成熟，国内外众多学者用其测试各个领域的材料力学性能2009年，墨西哥国立自治大学的Sanchez-ArevaloF．M．采用白光和He-Ne激光器对加载的CuAlBe 记忆合金分别用数字散斑相关计算平面应力和弹性模量并作比较2009年，美国普渡大学的SrinivasanVenkatakrishnan利用印刷电路板的自然散斑点测量其在高温下形变和热膨胀系数随时间的变化2011年，法国里昂大学的WuT采用4个摄像机进行全场三维数字散斑相关测量，监控15-5PH不锈钢两面从初始到断裂的应力变化，推导出损伤的演化2011年，美国奥本大学的LeeDongyeon利用高速摄像机记录在几何对称载荷配置和冲击载荷条件下单向碳纤维/环氧复合材料图像信息，再利用数字散斑相关计算出裂纹生长情况2010年，英国伦敦帝国学院的Pavel Sztefek研究应力刺激对骨骼的适应性的影响，通过对小鼠胫骨施压，通过数字图像相关记录两周应力变化从不平均到平均的过程2012年，海军航空工程学院的李高春和刘著卿对粘接界面对拉伸过程的变形和破坏过程进行了观察，并对粘接界面在拉伸过程中的图像进行数字图像相关分析，得到了界面的位移场分布，揭示了界面在拉伸过程中力学性能变化的深层次原因2012年，中国科学院武汉岩土力学研究所的邹飞和李海波以石膏试件的单轴压缩试验为基础，通过试件表面数字图像相关系数的变化来表征试件表面损伤状态的演化过程2012年，东南大学的杨福俊和何小元对闭孔泡沫铝为夹心的夹心板和夹心为开孔泡沫铝两种结构材料静态三点加载使其弯曲，并用CCD记录弯曲变形过程，利用相关计算获取弯曲变形过程数据，并做力学性能分析比较2011年，华南理工大学的胡斌贺玲凤和张蕊对圆柱体橡胶单轴压缩，利用数字图像相关方法测量了小变形范围内柔性橡胶材料受压时的弹性模量2010年，山东理工大学代祥俊云海和蒲琪将透明材料的厚度测量转化为透明材料面内点的位移，用CCD采集激光透过透明材料折射后形成的光斑，由于透明材料形变后光斑也会发生位移，通过相关计算光斑的位移量，通过几何计算即可得到其厚度对于散斑图的采集，不光只是采用工业相机，由于数字散斑的光路系统简单，所以与SEM，TEM，STM，AFM结合，可以研究微小尺度的力学性能测试2011年，北京理工大学使用扫描电子显微镜获取PBX模拟物的序列图片，用数字图像相关定量分析机械特性和裂纹尖端的应力集中2010年，上海大学的安兵兵采用光学体视显微镜对微小尺寸的试件高倍放大，记录预制裂纹铝箔拉伸过程，并相关分析出裂纹附近的变形场2012年，埃尔朗根-纽伦堡大学的M．Krottenthaler采用聚焦离子束铣削和数字图像相关测量薄涂层的残余应力，利用TEM记录应力松弛过程的图像的应力场和中心方向为位移图2010年，美国伊利诺伊大学的N．J．Karanjgaokar利用光学显微镜数字图像相关和显微红外成像技术，实验比较微尺度试件在电阻加热和均匀加热时温度场和应力场的变化数字图像的处理，散斑图质量好坏直接影响数字图像相关技术后续算法的准确性由于周围测量环境对于采集的散斑图的质量的影响，例如高温的热辐射和振动等，国内外学者也做出了在高温和振动环境数字散斑相关的一些研究成果2010年，北京航空航天大学的潘兵结合瞬态气动热试验模拟系统和数字图像相关方法发展出了一种用于高温环境下全场高温变形测量新技术当物体表面温度超过500℃时，高温物体表面的热辐射会导致相机成像质量明显下降，出现退相关效应为了减少热辐射的影响，采用了带通光学成像技术2012年，美国奥克兰大学的杨连祥研究了涂层在高温情况的不开裂和承受变形能力，为了减少黑体辐射的影响也采用了滤波片2009年，曼彻斯特大学的Grant B．M．B采用低照明度和滤波以及蓝色照明减少黑体辐射的影响，能够准确得到在1100℃下的测量结果2012年，里昂大学的Paul Leplay利用扫描电子显微镜采集图片确定陶瓷从室温到高温( 25～900℃) 的机械行为2010年，扬州大学的郑翔采用高速摄影成像技术，根据时序动态散斑跟踪相关测量柴油机在自由状态下固有频率，并与电测试验结果有限元数值计算结果进行对比2011年，麻省大学洛威尔分校的MarkN．Helfrick利用的三维数字图像相关测量振动结构全场的形貌和形变，其测量结果也和有限元结构一致，并和传统加速度计，扫描激光测振仪作了对比4 结束语随着光电子技术计算机技术图像处理技术的飞速发展，数字散斑相关技术结合数字图像技术亚像素技术，迅速朝着快速方便准确和自动化方向迈进，现已具有能够直接得到位移全场信息结果形式直观非接触高精度等特点，并且可以按设计者的需要进行合理的后处理数字散斑相关技术的精度和速度是一对矛盾体，国内外众多学者在提高这两个指标上付出很多努力关于数字散斑相关的精度和速度提高:提高散斑图的质量散斑图的相关系数随着位移的增大而下降，相关性随着散斑颗粒的大小增加而减小，同时散斑的灰度形貌易受环境变化( 如: 振动，高温，气流等) 的影响结合研读文献可知系统采照明采用白光照明比激光照明更好，散斑颗粒大小处于4pixel 左右最佳，高温辐射影响可以通过带通滤波和蓝光照明，振动可以采用高速摄像机减少影响从算法方面提高准确和速度也是众多学者研究努力的方向在引进现代应用数学理论后，遗传算法智能神经网络粒子群算法小波变换等被引入数字散斑相关中，有的算法可以以数量级提高精度和速度更高精度的算法是基于亚像素搜索方法的提出，梯度法牛顿-拉斐逊插值法，拟合法等都能很好地进行亚像素搜索通过文献可知目前数字散斑的精度可达0.01～0.05pixel数字散斑相关技术自提出以来，经过20多年的发展，以其独有的优势在实际工程实践中已经具有很重要的意义经过众多学者的研究，其精度和速度已经有很大的提高，并且其研究领域也在不断的扩大，其应用前景必将更加广阔。
岩石破坏全场变形演化规律的试验研究
岩石破坏全场变形演化规律的试验研究摘要：工程结构的失稳破坏通常是由于岩石内部裂隙扩展、贯通进而产生宏观断裂所导致。
因此，研究含有预制裂缝的岩石试样在受载期间其变形破裂演化过程更具有现实意义。
笔者采用直裂纹三点弯曲半圆盘试样进行三点弯曲断裂试验，并采用数字散斑相关方法对试样受载过程中的位移场、应变场进行分析，确定了NSCB试样的裂纹扩展速度。
关键词：三点弯曲试验；半圆盘试件；预制裂缝；位移场；应变场引言为了获得岩石试样加载过程中试样表面及裂尖附近的全场变形信息，对含有预制裂缝的石灰岩半圆盘试样进行了准静态条件下的三点弯曲试验，采用数字散斑技术对试样受载破裂过程中的位移场、应变场进行了监测。
相对于传统应变片法，数字图像法更容易得到裂纹的扩展速度，获得更多的全场应变信息，在监测岩石断裂过程和其变形信息时具有更多优势。
1三点弯曲试验原理及方法1.1试验原理数字散斑法是在20世纪80年代提出，后续有学者做了一系列的研究和改进工作，并成功地应用到了木材、金属、航空材料、复合材料、岩石等材料的力学性质测试以及和断裂相关的地质力学模型试验中。
该方法通过采集物体表面变形前后的2幅图像，根据其表面随机分布的散斑点（人工喷漆或材料自然纹理）在变形前后的概率统计相关性来确定物体表面的位移场，实现对物体位移场的测量，通过进一步计算进而得到应变场。
1.2试验方法试验采用NSCB试样，试样材料选用来自河南焦作的石灰岩石材，其主要成分是方解石，硬度较低，天然微裂隙少，结构致密，质地均匀，矿物颗粒细小。
岩石材料密度为2．785g/cm³，杨氏模量为63．94GPa，泊松比0．266，纵波波速为5674m³/s，抗压强度为169．35MPa，抗拉强度为25．2MPa。
试样加工时，首先将石灰岩石材加工成直径150mm的岩心，再将岩心切割成厚度为30mm巴西圆盘，利用磨石机对圆盘上下端面进行打磨，采用刀片将圆盘切割成2个半圆盘试样。
基于数字图像处理的含缺陷花岗岩破裂力学分析
第的含缺 陷花 岗岩破裂力学分析
ＬＩ Ｂｉｎｇｆｅｎｇ。） ＺＵＯ Ｙｕｊｕｎ。） ＬＩ Ｗ ｅｉ ＣＡＯ Ｊｉｅ （Ｍｉｎｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ ５５００２５，Ｃｈｉｎａ） （Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｎｏｎ—ｍｅｔａｌｌｉｃ Ｍｉｎｅｒａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，
Ｇｕｉｙａｎｇ ５５００２５，Ｃｈｉｎａ） （Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｌａｂ ｏｆ Ｍｉｎｅｒａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｇｕｉｙａｎｇ ５５００２５，Ｃｈｉｎａ） （Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｓａｆｅ Ｍｉｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｕｎｄｅｒ Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｇｅｏｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，Ｇｕｉｙａｎｇ ５５００２５，Ｃｈｉｎａ）
关键词 数字 图像处理 ，细观 结构 ，强度特 征，破裂演化过程 ，起裂应力水平
中图分类 号：ＴＵ４５２ 文 献标识码 ：Ａ ｄｏｉ：１０．６０５２／１０００－０８７９ １５—２４９
Ａ Ｎ Ａ ＬＹＳＩＳ Ｏ Ｎ ＦＲ Ａ Ｃ ＴＵ Ｒ Ｅ Ｍ ＥＣ Ｈ Ａ Ｎ ＩＣ Ｓ ｏ Ｆ Ｇ Ｒ Ａ Ｎ ＩＴＥ Ｃ ｏＮ ＴＡＩＮ ＩＮ Ｇ ＦＬＡＷ Ｓ ＢＡ ＳＥＤ ｏ Ｎ Ｄ ＩＧ ＩＴＡ Ｌ ＩＭ Ａ Ｇ Ｅ Ｐ Ｒ ｏ ＣＥＳＳＩＮ Ｇ ）
（贵州省优势矿产资源高效利用工程实验 室，贵阳 ５５００２５） （复杂地质矿 山开采安全技术工程 中心 ，贵阳 ５５００２５）
摘要 在细观尺度上 ，采用数字 图像处理技 术研 究花岗岩中 由石英 、长石和 云母 等材料的形状、大小及分 布对花 岗岩材料造成的非均匀性 ，结合 ＲＦＰＡ．ＤＩＰ程序 建立 了能准确 反映材料 真实细观 结构 的含缺 陷花 岗岩 数值模型 ，并进行 了常规单轴压缩模拟试 验，研究不 同矿物颗粒结构与缺 陷对其细观破裂力学行 为的影 响，再 现了外载荷作用下不 同数值模型的真实破裂过程与最终破坏模式．试验结果表明：缺 陷对试样 强度 的影 响比改 变矿物颗粒的形态构造对其强度 的影响更加显著 ，缺陷的存在削弱了颗粒形态对花 岗岩强度影响的能力；缺 陷 及矿物颗粒的形态构造对试样裂纹的萌生 、扩展 以及最终破坏模式有直接影响 ，缺陷与矿 物颗粒的空间结构关 系是导致岩石形成各种复杂破坏模式 的主要 因素．起裂应力水平受试样 内部细观 介质构造和缺 陷的影 响，而缺 陷的存在对起裂应力 的影 响更加显著 ．
基于数字散斑技术的垂直裂缝扩展实验
ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｓ ． Ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ｈ ｏ ｗｓ ｈａ ｔ ｔ ｈｅ ｔ ｈ ｉ ｇ ｈ ｅ ｒ ｈｅ ｔ ｓ ｒ ｔ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｏ ｆｔ ｈｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｆａ ｒ ｃ ｅ ｌ ａ ｙ ｅ ￣ｔ ｈｅ ｍｏ ｒ ｅ ｓ ｕ ｓ ｃ ｅ ｐ ｉ ｔ ｂ ｌ ｅ ｈｅ ｔ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｄ ｅ ｆ ｌ ｅ ｃ ｔ ｓ ｆ ｒ ｏ ｍ ｈｅ ｔ ｓ ｉ ｄ ｅ ｏ ｆｔ ｈｅ
ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｉ ｓ ｗｅ ａ ｋ ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｉ ｎ ｈｅ ｔ ｄ ｉ ｓ ｌ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｐ ａ ｇ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ ａ ｔ ｆ ｅ ｒ ｈｅ ｔ ｃ ａｃ ｒ ｋ ｐ ａ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ｈｅ ｔ ｉ ｎ ｔ ｅ ｆａ ｒ ｃ ｅ ． ｈｅ Ｔ ｌ ｏ ｎ ｇ ｅ ｒ ｈｅ ｔ ｇ ｒ ｏ ｗｔ ｈ ｐ ａ ｈ ｔ ｉ ｓ ｂ ｅ ｆ ｏ ｒ ｅ
ＤＯ Ｉ ： １ ０ ． １ １ ６ ９ ８ ／ Ｐ Ｅ Ｄ． ２ ０ １ ３ ． ０ ４ ． １ ５
基 于数 字散 斑技 术 的垂直 裂缝扩 展实验
刘合 ，王素玲 ２ ，姜 民政 ２ ，张一鸣 ２
（ １ ．中国石 油勘探 开发研 究院；２ ．东北 石油大学机 械科 学 与工程学 院 ） 基金项 目：国家 自然科 学基金 （ ５ １ ０ ０ ４ ０ ２ ３ ） 摘要 ： 利 用砂 ／ 泥 岩相似 材料进 行 垂直裂缝 扩展 实验 ，采用 数 字散斑相 关技 术分析 加载 过程试 样 中应力应 变场 ，以分 析 垂直裂 缝 的扩展 特性 。实验 结果 表 明：在界 面层 强度 较高 时 ，裂缝 从低 强度材 料一侧 扩展 比从 高强度 一侧 扩展 更 易 发 生偏 转 ， 当界 面粘接 强度 较 弱时 ，无论 裂缝 从高 强度材 料 一侧 还是 从低 强度 材料 一侧 扩展 ，经过 界面 时 ，均极 易发 生界 面脱 胶 ，导致 裂缝 经界 面后错 动传播 ； 裂缝 穿过界 面 前，扩 展路径 越长 ，经 过界 面后越 易发 生偏 转； 预制 裂 缝越 短 ，裂缝 经界 面时越 易发 生偏 转。 引起 裂缝偏 转 的主要 原 因在 于层 状介 质 间材 料 的力 学性 能差异 ，其 导致界 面层处产生了剪切应变，剪切应变可诱导 Ⅱ型剪切裂缝的产生，致使裂缝扩展转向，界面处产生的剪切变形越大， 裂缝偏 转 的角度越 大。 图 １ ０表 １ 参 １ ４ 关键词 ：垂 直裂缝 ；砂／ 泥岩 界面 ；裂缝扩展 ；裂缝转 向；数 字散 斑 实验
一种基于数字图像的页岩破裂模式分析方法[发明专利]
![一种基于数字图像的页岩破裂模式分析方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/53b8a76f84868762cbaed5ac.png)
专利名称：一种基于数字图像的页岩破裂模式分析方法专利类型：发明专利
发明人：左宇军,邬忠虎,于美鲁,许云飞,孙文吉斌,曹俊才申请号：CN201610971453.8
申请日：20161027
公开号：CN106570269A
公开日：
20170419
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供一种基于数字图像的页岩破裂模式分析方法，在细观尺度上利用数字图像处理技术表征页岩中由于方解石矿物的形状、大小及分布对页岩造成的非均匀性，并映射到有限元网格中，结合基于细观结构的岩石破裂过程分析系统RFPA‑DIP建立能准确反映页岩细观结构的数值模型。
利用该模型进行页岩单轴压缩数值试验，研究在不同方向加载下页岩细观结构对其抗压强度和破坏模式的影响。
以解决现有针对页岩抗压强度及破坏模式的研究，很少涉及页岩细观尺度下自身非均匀性引起的应力分布非均匀性和由此诱发的局部破坏问题，难以得到页岩脆性破坏机制的本质的问题。
本发明属于岩石力学领域。
申请人：贵州大学
地址：550025 贵州省贵阳市花溪区贵州大学北校区科学技术处
国籍：CN
代理机构：贵阳中新专利商标事务所
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基于SPH方法的花岗岩在冲击作用下裂纹扩展数值模拟
基于SPH方法的花岗岩在冲击作用下裂纹扩展数值模拟对不同冲击速度下花岗岩靶板的裂纹扩展分布情况进行了数值模拟分析。
采用非线性动力学分析软件Autodyn，Johnson-Homquist II（JH-2模型）损伤本构模型，采用SPH算法，对花岗岩靶板进行冲击模拟，得到不同冲击速度下裂纹扩展分布的情况，研究不同冲击速度对花岗岩靶板裂纹扩展及起裂位置的影响。
得到起裂位置、主裂纹垂直长度与不同速度的关系曲线。
结果表明：当速度低于15m/s时，起裂位置距中心轴线较远且主裂纹扩展长度较短；当速度大于20m/s 时，起裂位置距中心轴线较近且主裂纹扩展长度增加，裂纹分布密度增大，当达到一定速度后裂纹扩展基本不变。
标签：花岗岩；冲击；数值模拟；SPH算法；裂纹扩展1 概述花岗岩由于其硬度高、耐磨性好、耐酸性好，被广泛应用于建筑装修、防护工程、化工等方面，素有“岩石之王”之称。
花岗岩等脆性材料在冲击作用下的破坏过程一般是损伤、损伤积累、破碎、失效、主裂纹及裂纹群扩展发生的过程，也就是岩石等脆性材料内部裂纹的萌生、扩展、断裂的过程[1]。
许多学者对花岗岩等脆性材料裂纹扩展方面做了很多研究，秦飞[2]等用边界元法模拟了多裂纹的扩展。
胡柳青[3]等对在不同冲击作用下裂纹的动态响应进行了数值模拟分析。
王海兵[4]等对不同速度下弹丸冲击花岗岩标靶产生的裂纹分布情况进行了实验和数值分析，并归纳总结了一定速度范围内弹坑深度及最大裂纹长度与弹丸速度之间的关系表达式。
Motamedi[5]在网格不发生改变的情况下研究了复合材料中动态裂纹完整性的扩展问题。
Daux[6]等建立了用于分析随机分叉和交叉裂纹问题的扩展有限元法。
周小平[7]等对压应力状态下的多裂纹扩展问题采用扩展有限元法进行模拟分析。
传统有限元法（Finite Element Method，FEM）以网格划分为基础，在处理高应变率、大变形等问题时会导致网格扭曲，导致计算精度下降甚至计算难以继续等问题。
浅析BPM法对岩石颗粒的基础模拟研究
1 BPM 的制定
个连续体,并在本构 关 系 中 利 用 材 料 退 化 的 平 均 度 量
BPM 模拟了一组 非 均 匀 大 小 的 圆 形 或 球 形 的 刚
性颗粒,它们可以 在 接 触 点 粘 结 在 一 起。 刚 性 颗 粒 仅
来表示不可逆的微结构损伤。虽然大多数直接方法将
纹在初始缺陷处成核,例 如 颗 粒 或 类 似 裂 纹 的 低 长 径
比空洞,并且所有由 压 缩 引 起 的 裂 纹 几 乎 与 最 大 压 缩
方向平行,而导致这 些 裂 纹 形 成 的 微 观 机 制 尚 不 完 全
清楚。但是,许多可能 存 在 的 模 型 都 可 以 重 现 脆 性 断
裂现象的很多基本特征。
界的认同并成为研究颗粒破碎问题的主要方法。笔者重点基于离散元数值模拟方法中的岩石 的 粘 结 颗 粒 模 型(以 下 称 为
BPM)来简单说明研究的基础,并对推广 BPM 提供一定的参考价值。
关键词
数值模拟
颗粒破碎
粘结颗粒模型
中图分类号:
TQ174.
1+4 文献标识码:
A
文章编号:
1002-2872(
通过在坐便器后侧设置电容式感应器结合芯片在
便器新产品的研究,对 节 水 智 能 坐 便 器 的 实 用 性 技 术
感应区感应人体距离 从 而 发 生 感 应、处 理 和 发 送 等 一
进行技术创新,突破制约卫浴产业绿色发展的关键技
系列作业,同时配合 双 稳 态 电 磁 阀 的 进 水 口 和 出 水 口
究。实际 上,连 续 体 行 为 本 身 只 是 在 适 度 方 向 上 的
BPM 的另一个独特的特点。
基于数字图像处理的含孔洞裂纹花岗岩破裂过程数值模拟
基于数字图像处理的含孔洞裂纹花岗岩破裂过程数值模拟李冰峰;左宇军;李伟;曹洁【摘要】在细观尺度上，采用数字图像处理技术表征花岗岩中由石英、长石和云母等材料的形状、大小及分布对花岗岩材料造成的非均匀性，结合RFPA －DIP程序建立了能准确反映材料真实细观结构的含缺陷花岗岩数值模型，并进行了常规单轴压缩模拟试验，再现了外载荷作用下含缺陷花岗岩的真实破裂过程。
试验结果表明：花岗岩的预制孔洞裂纹对其最终破坏产生了重要影响；在单轴压缩试验中，由于花岗岩中各矿物颗粒不同的力学特性影响，试件中出现应力集中现象并萌生局部裂纹，且细观结构直接决定着裂纹的扩展路径，各局部裂纹的贯通导致试件最终产生拉伸破坏。
%At meso-scale level ,the digital image processing technologies are applied to charactrerize the heterogeneity for the distribution ,the shape and size of fifferent minerals in granite ,according to RFPA -DIP code ,a numerical model of granite containing flaws is thus developed ,and also the regular simulating laboratory test of uniaxial compression is conducted to visually observe the real fuilure processes of granite .The results show that precrack of granite has a great effect on its ulti-mate filure;in the test of uniaxial compression ,due to the impact of different mechanical properties of granite minerals ,the stress concentration phenonemnon occures in a specimen and local crack also appears ,the expansion path of crack directly relies on the microstructure and the specimen tensile damage is eventually resulted from the cutthrough of every local crack .【期刊名称】《工业安全与环保》【年(卷),期】2016(042)006【总页数】4页(P1-4)【关键词】数字图像处理;细观结构;裂纹扩展;破裂过程;数值模拟【作者】李冰峰;左宇军;李伟;曹洁【作者单位】贵州大学矿业学院贵阳550025; 贵州大学贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室贵阳550025; 贵州省优势矿产资源高效利用工程实验室贵阳550025; 复杂地质矿山开采安全技术工程中心贵阳550025;贵州大学矿业学院贵阳550025; 贵州大学贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室贵阳550025; 贵州省优势矿产资源高效利用工程实验室贵阳550025; 复杂地质矿山开采安全技术工程中心贵阳550025;贵州大学矿业学院贵阳550025; 贵州大学贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室贵阳550025; 贵州省优势矿产资源高效利用工程实验室贵阳550025; 复杂地质矿山开采安全技术工程中心贵阳550025;贵州大学矿业学院贵阳550025; 贵州大学贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室贵阳550025; 贵州省优势矿产资源高效利用工程实验室贵阳550025; 复杂地质矿山开采安全技术工程中心贵阳550025【正文语种】中文安全技术及工程岩石是一种天然的非均质材料，包含大量不同类型和空间几何分布的矿物颗粒及缺陷，具有复杂的内部细观结构。
不同围压下花岗岩破裂机制及形状效应的离散元研究
不同围压下花岗岩破裂机制及形状效应的离散元研究黄锋;李天勇;高啸也;杨翔;林志【摘要】在花岗岩地层中开挖隧道时会引起围岩的变形破坏,多表现为岩爆、板裂、塌方等形式,通过室内单轴和三轴压缩试验能得到花岗岩的宏观力学参数及其渐进破坏机制.室内岩石试验可以从宏观角度分析花岗岩的破坏本质,而通过PFC2D离散元软件模拟室内单轴及三轴试验,则可以从微观方向研究分析花岗岩的破坏过程.本文以港珠澳大桥连接线南湾隧道工程为背景,综合采用室内岩石力学试验和离散元数值模拟方法,从宏观、微观两种角度对不同围压条件下花岗岩的宏细观力学参数、破裂机制及其形状效应进行了对比分析,全面的研究分析了花岗岩的变形破坏本质.研究结果表明:①数值模拟与室内试验所得的结果,无论是宏观力学参数还是最终破坏形态均较为接近;随着围压的增大,岩石的峰值强度增加、弹性模量基本不变;随着试件长径比L/D增大,岩石峰值强度减小、弹性模量增大.②采用基于相对轴向应变和单位面积裂隙数量的统计方法,能更加合理分析岩石微观渐进破裂机制;随着试件长径比L/D增大,岩石最终破坏形态逐渐从张拉破坏转变为剪切破坏;当L/D=1.0时单位面积内最终裂纹数量最大,当L/D=2.0时剪切裂纹所占比例最大.③随着岩石试件长径比L/D的增大,其峰值强度有所减小且受围压影响明显,弹性模量也明显的增大但与围压的关系不显著.④通过分析裂隙数量与应变关系可知,在不同围压条件下,岩石内部裂隙数量随着轴向变形的增加呈现“S”型曲线增长,当轴向变形接近峰值应变时裂隙出现突变增长,且仅当围压较小时最终裂隙数量趋于收敛.⑤随着试件长径比L/D的增大,岩石破坏时单位面积内裂隙数量逐渐减少,且减小速度增快.总的来说,岩石试样的形状改变对花岗岩的整体峰值强度和弹性模量有着明显的影响,因此,室内试验中应合理设计岩石试样的形状,以获取准确的岩石强度和力学参数.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2019(044)003【总页数】10页(P923-932)【关键词】岩石力学;破裂机制;形状效应;室内试验【作者】黄锋;李天勇;高啸也;杨翔;林志【作者单位】重庆交通大学土木工程学院,重庆400074;重庆交通大学山区桥梁与隧道工程国家重点实验室培育基地,重庆400074;重庆交通大学土木工程学院,重庆400074;重庆交通大学山区桥梁与隧道工程国家重点实验室培育基地,重庆400074;重庆交通大学土木工程学院,重庆400074;重庆交通大学山区桥梁与隧道工程国家重点实验室培育基地,重庆400074;重庆建工市政交通工程有限责任公司,重庆400021;重庆交通大学土木工程学院,重庆400074;重庆交通大学山区桥梁与隧道工程国家重点实验室培育基地,重庆400074【正文语种】中文【中图分类】TD324花岗岩是岩浆在地表以下凝结形成的火成岩，通常具有强度高、硬度大和脆性强等特征。
基于数字散斑技术的垂直裂缝扩展实验
石油勘探与开发486 2013年8月PETROLEUM EXPLORATION AND DEVELOPMENT Vol.40 No.4 文章编号：1000-0747(2013)04-0486-06 DOI: 10.11698/PED.2013.04.15基于数字散斑技术的垂直裂缝扩展实验刘合1，王素玲2，姜民政2，张一鸣2（1. 中国石油勘探开发研究院；2. 东北石油大学机械科学与工程学院）基金项目：国家自然科学基金（51004023）摘要：利用砂/泥岩相似材料进行垂直裂缝扩展实验，采用数字散斑相关技术分析加载过程试样中应力应变场，以分析垂直裂缝的扩展特性。
实验结果表明：在界面层强度较高时，裂缝从低强度材料一侧扩展比从高强度一侧扩展更易发生偏转，当界面粘接强度较弱时，无论裂缝从高强度材料一侧还是从低强度材料一侧扩展，经过界面时，均极易发生界面脱胶，导致裂缝经界面后错动传播；裂缝穿过界面前，扩展路径越长，经过界面后越易发生偏转；预制裂缝越短，裂缝经界面时越易发生偏转。
引起裂缝偏转的主要原因在于层状介质间材料的力学性能差异，其导致界面层处产生了剪切应变，剪切应变可诱导Ⅱ型剪切裂缝的产生，致使裂缝扩展转向，界面处产生的剪切变形越大，裂缝偏转的角度越大。
图10表1参14关键词：垂直裂缝；砂/泥岩界面；裂缝扩展；裂缝转向；数字散斑实验中图分类号：TE357.1 文献标识码：AExperiments of vertical fracture propagation based on the digital speckle technologyLiu He1, Wang Suling2, Jiang Minzheng2, Zhang Yiming2(1. PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development, Beijing 100083, China; 2. School ofMechanical Science and Engineering, Northeast Petroleum University, Daqing 163318, China) Abstract:The vertical crack propagation behavior for sandstone/mudstone layered specimen made by the similar material was analyzed.The stress and strain field was obtained using Digital Speckle Correlation Method to analyze the propagation characteristics of vertical cracks. The test shows that the higher the strength of the interface layer, the more susceptible the crack deflects from the side of the low-strength than from the side of the high-strength of the material. It is easy for the interface to unglue when the interfacial adhesion strength is weak, which results in the dislocation propagation after the crack passing the interface. The longer the growth path is before the crack passing the interface, the more likely it deflects after passing the interface. Similarly, the shorter the initial prefabricated crack is, the more susceptible it deflects after the crack passing the interface. The main factor of the deflection is the difference in the properties of the composite materials, resulting in a larger shear strain of the interfacial layer. The shear strain can induce type shear fracture, so it isⅡthe main factor leading to crack deflection. The bigger the shear deformation is, the more intensive the crack deflection is.Key words:vertical crack; sand/mudstone interface; crack propagation; crack deflection; digital speckle correlation method0 引言水力压裂中裂缝在层状岩石中的扩展为垂直于胶结面的扩展，垂直裂缝的扩展问题已有较多研究。
花岗岩热破裂研究现状与展望
花岗岩热破裂研究现状与展望摘要：岩石是由多种矿物颗粒组成，受热时其内部各种造岩矿物粒子在热学上表现出热膨胀各向异性，便产生了热应力，当热应力超过岩石自身的强度极限时，就会使岩石产生微破裂，大量的微破裂将会对岩石的弹性和机械破裂性质造成很大的影响，并引起岩石孔隙度、渗透率等发生较大变化，并且伴有热传导率、电导率的变化以及声发射现象。
通过综合分析国内外深部岩体在高温高围压下热破裂研究现状，指出了目前深部岩体高温高围压下力学性质的研究条件、研究范围、研究理论存在的问题，并提出深部岩体高温高围压下力学性质的研究方向。
关键词：热应力；热破裂；地热能；核废料Status and prospects of study on granite thermal fractureLin Jun Liu Yu-tian Liu Jun-xin（Southwest university of science and technology and civil engineering institute of architecture，Mian yang Sichuan 621010）Abstract：The rocks are made of a variety of mineral particles，when heated，its internal various rock-forming mineral particles in thermal exhibit thermal expansion anisotropy，will produce heat stress，heat stress over the rock as their ultimate strength，will make the rock mass micro fracture，micro fracture on rock elastic and will mechanical rupture properties caused great influence，and causes the rock porosity，permeability changes，and accompanied by thermal conductivity，electrical conductivity and the change of acoustic emission phenomenon. Through the comprehensive analysis of domestic and foreign in deep rock mass under high temperature and confining pressure under thermal cracking research situation，and pointed out the deep rock mass under high temperature and confining pressure on mechanical properties of condition，research scope，research problems，and puts forward the deep rock mass under high temperature and confining pressure in the direction of mechanical properties research .Key words：Thermal stress；Thermal cracking；Geothermal energy；Nuclear waste0引言材料在外力作用下要发生变形，从而在内部产生应变和应力，但物体的变形不仅仅是由外力作用引起，温度的变化也能够引起变形，而仅有温度变化，不一定在物体内产生应力，只有温度变化所引起的膨胀或收缩受到外界约束时，才会在物体内部产生应力，这样的应力称为热应力[1]。
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收 稿 日期 ：２０１７—１１—２１ 基金项 目：国家 自然科学基金青年基金资助项 目（５１５０４２２０） 作者简介 ：王学怀（１９９１一），男 ，硕 士，主要从事岩石断裂力学研 究． 通信作者 ：武晋文（１９８２一），男 ，讲 师，博士 ，主要从事岩石 断裂力学研究．
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中 北 大 学 学 报（自然科学 版）
ｐｒｏｃｅｓｓ ｚｏｎｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｄｉｇｉｔａｌ ｉｍ ａｇｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ； ｔｈｒｅｅ－ｐｏｉｎｔ ｂｅｎｄ ｉｎｇ； ｆｒａｃｔｕｒｅ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ； ｐｒｏｃｅｓｓ ｚｏｎｅ； ｆｒａｃｔｕｒｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ
０ 引 言
岩石 的断 裂 韧度 是 岩 石 材料 在 平 面应 变 状 态 下 ，抵 抗 裂 纹 失 稳 扩 展 的性 能 ，是 评 价 岩 体 工 程 稳 定性 的重 要 指标 ，是 材 料 本 身 的性 粒 组 成 及 结 构 组 成 的 复 杂 性 ，岩石材料 的非均质性都加大 了其断裂韧度测 试 的难 度 ． 目前 ，国际 岩 石 力 学 学 会 提 出 了 测 量 岩石 Ｉ型 裂 纹 断 裂韧 度 的 四种 常 用方 法Ⅲ ：Ｖ 型 切槽 短 圆棒 试 样 （ＳＲ）ｃ 、Ｖ 型切 槽 三 点 弯 曲圆 梁
２０１８年第 ５期
试 样 （ＣＢ） １、Ｖ 型 切 槽 巴西 圆 盘 试 样 （ＣＣＮＢＤ）
和单 边直 裂 纹 三点 弯 曲 梁试 样 （ＳＣ３ＰＢ）ｉｓ］．相 对 １ 实 验概 况
于其 他三 种试 样 ，直 裂 纹 矩 形 截 面 梁 试 样 造 型简 单 ，易 制备 ，对 实验 设备 和材 料要 求较 低。
关键词 ： 数字散斑 ；三点弯 曲 ；断裂韧度 ；过程 区 ；断裂特性
中 图分 类 号 ： ＴＵ４４３ 文 献 标 识 码 ：Ａ
ｄｅｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－３１９３．２０１８．０５．００１
Ｓｔｕｄｙ ０ｎ Ｆｒａｃｔｕｒｅ Ｍ ｅｃｈａｎｉｃｓ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ０ｆ Ｇｒａｎｉｔｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｄ ＩＣ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ
在含裂 纹或缺 口的岩 石 中 ，微 裂纹 的演 化 区域 主要分 布在原宏观 裂纹 （或缺 口）的端部 附 近高应 力 区，这个 区域被称 为过程 区ｌ 】．在 ＳＣ３ＰＢ实验破 坏 过程 中 ，为 了观测试件 表面位移 场 与应 变场 的演 化 及过 程 区 的 扩 展 规 律 ，本 实 验 采 用 了 数 字 散 斑
２０１８年 第 ３９卷 第 ５期
中 北 大 学 学 报 （自然科学版）
Ｖｏ１．３９ Ｎｏ．５ ２０１８
（总 第 １８１期 ）
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＮＯＲＴＨ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＣＨＩＮＡ（ＮＡＴＵＲＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ ＥＤｍ ＯＮ）
（Ｓｕｍ Ｎｏ．１８１）
文 章 编 号 ：１６７３—３１９３（２０１８）０５—０４８３—０６
Ｗ ＡＮＧ Ｘｕｅ－ｈｕａｉ，Ｗ Ｕ Ｊｉｎ－ｗｅｎ，ＧＡＯ Ｊｉｎｇ－ｗｕ，ＬＵ Ｑｉ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｎｏｒｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００５１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄｉｇｉｔａｌ ｉｍａｇｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ（ＤＩＣ）ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｍｏｄｅ Ｉ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｏｆ ｇｒａｎｉｔｅ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｒｅｅ－ｐｏｉｎｔ ｂｅｎｄｉｎｇ ｔｅｓｔｓ ｏｆ ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｂｅａｍ ｗｉｔｈ ｐｒｅ－ｃｒａｃｋ． Ｔｈｅ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｌａｗｓ ｏｆ ｄｉｓｐｌａｃｅｍ ｅｎｔ ｆｉｅｌｄ ａｎｄ ｓｔｒａｉｎ ｆｉｅｌｄ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｗｅｒｅ ｃｒａｃｋｉｎｇ． Ｔｈｅ ｍ ｅｔｈｏｄ ｏｆ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｔｉｐ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｚｏｎｅ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｓｓ ａｒｅａ ｗｈｅｒｅ ｔｈｅ ｓｔｒａｉｎ ｔｅａｃｈｅｓ ０．４ Ａ０ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ， ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ｔｉｐ ｏｆ ｐｒｏｃｅｓｓ ｚｏｎｅ ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｚｏｎｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｓｐｅｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍ ｅｎｔ ｃａｎ ｂｅ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙ ｃａｌｃｕｌａｔ— ｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｐｅｃｋｌｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ
基 于数 字 散 斑 方 法 的 花 岗岩 断 裂 力 学 特 性 研 究
王学怀 ，武晋 文 ，高经武 ，吕 琪
（中北大学 理学 院 ，山西 太原 ０３００５１）
摘 要 ： 基 于数字散斑 （Ｄ１Ｃ）相关方法 ，进行 了含预制裂纹 花岗岩矩 形梁 三点弯 曲实验 ，得 到 了其 Ｉ型裂 纹断裂韧度 ，分析 了试样破 坏的全场位移和应变及其 随时间的演 化规 律．提 出了应变达 到 ０．４ 的位 置为高 应力区来确定过程 区尖端 的方法 ，并 依据此方法来计算过程 区尖 端的扩展速度．结果表 明 ，利用数字散斑相 关方法能够定量计算实验过程 中过程 区的扩展及 其速度 ，该速度 随过程区的扩展呈加速趋势．
１．１ 试样 制备
三点 弯 曲试 件 的外 形尺 寸 为 １８０ ｍｍＸ ４Ｏ ｎｕｎ ×２０ ｍｍ（Ｌ×Ｗ ×Ｂ）ｃ ¨】，试 件 的有 效 跨 度 Ｓ一 １６０ ｍｍ，用 直径 为 １ ｍｍ 的金 刚砂 线 在试 件 中部 预 制裂 纹 ，宽 度 为 １＿２ ｍｍ，深 度 为 １２ ｍｍ，如 图 １所 示．