一种非连续变形测量方法技术

本发明专利技术涉及一种非连续变形测量方法，该测量方法的步骤如下：在被测物体表面绘制人工散斑图案；安装装置；开动试验机，对被测物体进行加载实验，按照预先设定的采集帧率进行图像采集；根据实验荷载数据信息，均匀挑选图像，进行扩展裂缝边界检测，并标识出扩展裂缝的边界，得到裂缝扩展区域，根据扩展裂缝边界的灰度坐标信息，获取裂缝扩展尺寸；对裂缝扩展区域进行剥离，获取裂缝剥离之后的图像；对裂缝剥离后的图像采用数字图像处理方法进行分析，获取裂缝扩展尖端所在位置以及该位置处的位移和应变信息，进而得到剥离裂缝扩展区域后的全场位移和应变信息。该方法能够解决混凝土、岩石等准脆性材料的非连续变形测量问题。

A discontinuous deformation measurement method

The invention relates to a non-continuous deformation measurement method, the steps of which are as follows: drawing an artificial speckle pattern on the surface of the object under test; installing a device; starting a test machine to carry out loading experiments on the object under test, collecting images according to the pre-set frame rate of acquisition; evenly picking out the object according to the experimental load data information. Choose the image, detect the crack boundary, mark the crack boundary, get the crack growth area, get the crack growth size according to the grey coordinate information of the crack boundary, strip the crack growth area, get the image after the crack stripping; use the digital image after the crack stripping. The image processing method is analyzed to obtain the displacement and strain information of the crack propagation tip, and then the whole field displacement and strain information after stripping the crack propagation region. This method can solve the problem of discontinuous deformation measurement of quasi brittle materials such as concrete and rock.

【技术实现步骤摘要】
一种非连续变形测量方法
本专利技术涉及实验力学数字图像处理
，特别涉及一种非连续变形测量方法。
技术介绍
当在外力作用下，混凝土、岩石等材料未产生很大变形时，其表面通常会伴随有裂缝的产生，在断裂力学领域中，将具有上述破坏特征的材料称为准脆性材料。由于准脆性材料在产生裂缝后，其表面将不再保持为连续状态，因此将准脆性材料的这种破坏方式称为非连续变形破坏。与准脆性材料相对应，能够承受很大变形，且一般不会产生裂缝的材料，称为延性材料，如金属、机械等，延性材料产生的破坏称为连续变形破坏。裂缝作为准脆性材料受力变形后所产生的一种外观表象，已成为广大科研工作者与工程技术人员关注的热点问题。由于准脆性材料的断裂破坏过程始终伴随有裂缝的产生，因此借助于一种可靠的试验测量手段，观测准脆性材料裂缝的扩展过程，准确获取裂缝扩展尺寸、裂缝扩展尖端位置以及该位置处的真实位移和应变信息，对于理解准脆性材料的断裂破坏机理，具有十分重要的科研意义与工程实用价值。在实验力学领域中，数字图像相关方法以其非接触、全场测量且操作简便等优良特性，逐渐得到了推广与应用。黄才政等(黄才政.基于数字图像相关方法的混凝土断裂过程区力学特性研究[D].重庆交通大学,2016.)通过开展混凝土三点弯曲预制缺口梁断裂试验，结合数字图像相关方法，对裂缝扩展过程进行了研究。图2为其试件破坏前的图像及在不同荷载阶段下由数字图像相关方法计算得出的全场水平应变云图，其中(a)给出了该试验中试件最终破坏时的图形，由图可看出在预制裂尖前端有一条竖向扩展裂缝产生，(b)～(d)为不同荷载阶段下由数字图像相关方法计算得出的全场水平应变云图(图中Pmax代表峰值荷载，(↑)代表荷载上升段，(↓)代表荷载下降段)，可看出在裂缝产生后，裂缝扩展位置处仍存在应变信息，未能将裂缝区域进行剥离。吴智敏等(WuZM,RongH,ZhengJJ,etal.AnexperimentalinvestigationontheFPZpropertiesinconcreteusingdigitalimagecorrelationtechnique[J].EngineeringFractureMechanics,2011,78(17):2978-2990.)通过开展混凝土三点弯曲梁断裂试验，采用数字图像相关方法，对混凝土断裂过程区进行了研究。图3为试件破坏前的图像及在不同荷载阶段下由数字图像相关方法计算得出的全场水平应变云图，其中(a)给出了试件最终破坏时的图形，由图可知该试件在最终破坏时有一条竖向裂缝产生，(b)～(c)为不同荷载阶段下由数字图像相关方法计算得出的全场水平应变云图，可看出在裂缝产生后，裂缝扩展位置处仍存在应变信息，未能将裂缝区域进行剥离。由以上两个实例可看出，现有的数字图像相关方法，在处理准脆性材料的非连续变形破坏问题时，存在以下不足之处：①无法自动检测裂缝扩展边界，获取裂缝扩展尺寸信息；②无法对裂缝扩展区域进行剥离，获取裂缝扩展尖端所在位置以及该位置处的真实位移和应变信息。因此有必要结合现有的数字图像处理技术，提出一种非连续变形测量方法，解决准脆性材料的非连续变形测量问题，服务于科学研究与实际工程领域。
技术实现思路
针对现有数字图像相关方法的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，针对准脆性材料的非连续变形问题，提供一种非连续变形测量方法，该方法基于目前已有的数字图像处理技术，能够对裂缝扩展区域进行边界检测与剥离，获取裂缝扩展尺寸、裂缝扩展尖端所在位置以及该位置处的真实位移和应变信息。本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是：提供一种非连续变形测量方法，该测量方法的步骤如下：第一步：在被测物体表面绘制人工散斑图案；第二步：安装装置；将两部平行线光源固定于固定支座上，根据周围环境光线明暗程度手动调节光照强度；将采集相机固定于三角支架上，同时采集相机通过导线与计算机相连，安装好所用装置；第三步：开动试验机，对被测物体进行加载实验，按照预先设定的采集帧率进行图像采集；第四步：根据实验荷载数据信息，均匀挑选图像，进行扩展裂缝边界检测，并标识出扩展裂缝的边界，得到裂缝扩展区域，根据扩展裂缝边界的灰度坐标信息，获取裂缝扩展尺寸；若没有检测到扩展裂缝，则通过数字图像处理得到图像的全场位移和应变信息；第五步：对第四步中已经检测出的裂缝扩展区域进行剥离，获取裂缝剥离之后的图像：即将裂缝扩展区域内的灰度数据全部转化为0或255，以与图像中其他非裂缝扩展区域进行区分，并突显裂缝剥离效果，得到裂缝剥离后的图像；第六步：对裂缝剥离后的图像采用数字图像处理方法进行分析，获取裂缝扩展尖端所在位置以及该位置处的位移和应变信息，进而得到剥离裂缝扩展区域后的全场位移和应变信息。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：与现有数字图像相关方法相比，该方法的特色在于能够解决混凝土、岩石等准脆性材料的非连续变形测量问题，获取裂缝扩展尺寸、裂缝扩展尖端所在位置以及该位置处的真实位移和应变信息，能够在科学研究领域与实际工程应用中得到广泛应用。附图说明图1为本专利技术非连续变形测量方法所用装置立面示意图；图2为背景文件1中试件破坏前的图像及在不同荷载阶段下由数字图像相关方法计算得出的全场水平应变云图；图3为背景文件2中试件破坏前的图像及在不同荷载阶段下由数字图像相关方法计算得出的全场水平应变云图；图4(a)为混凝土沿竖直方向产生了一条贯穿型裂缝的图像；图4(b)为图4(a)的图像经本申请方法进行边界检测得到的图像；图4(c)为图4(b)的图像经本申请方法进行裂缝剥离后得到的图像；图5(a)为混凝土产生了多条裂缝的图像；图5(b)为图5(a)的图像经本申请方法进行边界检测得到的图像；图5(c)为图5(b)的图像经本申请方法进行裂缝剥离后得到的图像；图6为实施例所用装置的实物图；图7(a)为实施例中试件未受外力时拍摄的图像；图7(b)为实施例中试件在峰值荷载时刻对应的带扩展裂缝的图像；图7(c)为采用本专利技术非连续变形测量方法计算得到的全场水平位移云图；图7(d)为采用现有数字图像方法计算得到的全场水平位移云图；图中，人工散斑1，被测物体2，线光源3，采集相机4，数据传输导线5，计算机6，裂缝识别模块7、图像处理模块8、三角支架9，隔震垫10，固定支座11，固定支架12，卡扣13。具体实施方式为了使本专利技术的目的及技术方案更加清晰，以下结合附图及实施例，对本专利技术做进一步详细介绍。本专利技术的具体实施方式并不限于此，任何本领域的普通技术人员在未付出实质性创新前提下所做出的同等修改与完善，均应在本专利技术的保护范围之内。本专利技术提供一种非连续变形测量方法，该测量方法的具体步骤如下：第一步：在被测物体表面绘制人工散斑图案；第二步：安装装置；将两部平行线光源固定于固定支座11上，根据周围环境光线明暗程度手动调节光照强度；将采集相机4固定于三角支架9上，同时采集相机4通过导线5与计算机6相连，安装好所用装置；第三步：开动试验机，对被测物体进行加载实验，按照预先设定的采集帧率进行图像采集；第四步：根据实验荷载数据信息，均匀挑选图像，假设图像的灰度值在0～255之间，进行扩展裂缝边界检测，并标识出扩展裂缝的边界，得到裂缝扩展区域，根据扩展裂缝边界的灰度坐标信息，获取裂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非连续变形测量方法，该测量方法的步骤如下：第一步：在被测物体表面绘制人工散斑图案；第二步：安装装置；将两部平行线光源固定于固定支座上，根据周围环境光线明暗程度手动调节光照强度；将采集相机固定于三角支架上，同时采集相机通过导线与计算机相连，安装好所用装置；第三步：开动试验机，对被测物体进行加载实验，按照预先设定的采集帧率进行图像采集；第四步：根据实验荷载数据信息，均匀挑选图像，进行扩展裂缝边界检测，并标识出扩展裂缝的边界，得到裂缝扩展区域，根据扩展裂缝边界的灰度坐标信息，获取裂缝扩展尺寸；若没有检测到扩展裂缝，则通过数字图像处理得到图像的全场位移和应变信息；第五步：对第四步中已经检测出的裂缝扩展区域进行剥离，获取裂缝剥离之后的图像：即将裂缝扩展区域内的灰度数据全部转化为0或255，以与图像中其他非裂缝扩展区域进行区分，并突显裂缝剥离效果，得到裂缝剥离后的图像；第六步：对裂缝剥离后的图像采用数字图像处理方法进行分析，获取裂缝扩展尖端所在位置以及该位置处的位移和应变信息，进而得到剥离裂缝扩展区域后的全场位移和应变信息。

【技术特征摘要】
1.一种非连续变形测量方法，该测量方法的步骤如下：第一步：在被测物体表面绘制人工散斑图案；第二步：安装装置；将两部平行线光源固定于固定支座上，根据周围环境光线明暗程度手动调节光照强度；将采集相机固定于三角支架上，同时采集相机通过导线与计算机相连，安装好所用装置；第三步：开动试验机，对被测物体进行加载实验，按照预先设定的采集帧率进行图像采集；第四步：根据实验荷载数据信息，均匀挑选图像，进行扩展裂缝边界检测，并标识出扩展裂缝的边界，得到裂缝扩展区域，根据扩展裂缝边界的灰度坐标信息，获取裂缝扩展尺寸；若没有检测到扩展裂缝，则通过数字图像处理得到图像的全场位移和应变信息；第五步：对第四步中已经检测出的裂缝扩展区域进行剥离，获取裂缝剥离之后的图像：即将裂缝扩展区域内的灰度数据全部转化为0或255，以与图像中其他非裂缝扩展区域进行区分，并突显裂缝剥离效果，得到裂缝剥离后的图像；第六步：对裂缝剥离后的图像采用数字图像处理方法进行分析，获取裂缝扩展尖端所在位置以及该位置处的位移和应变信息，进而得到剥离裂缝扩展区域后的全场位移和应变信息。2.一种权利要求1所述的非连续变形测量方法所用装置，其特征在于该装置包括用于加载被测物体的试验机、线光源、采集相机、用于对图像中裂缝扩展区域进行边缘检测与剥离并获取裂缝扩展尺寸信息的裂缝识别模块以及用于接收裂缝识别模块传输来的去裂缝扩展区域的图像数据并进行图像处理分析获取全场位移和应变信息的图像处理模块；被测物体上涂有人工散斑，所述线光源采用两部平行线光源，光源的两端垂直设置固定支架，固定支架固定在固定支座上，在固定支架朝向光源的内侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：卿龙邦，曹国瑞，丁绍强，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12