一种非连续结构体内部应力场的测量方法技术

本发明专利技术提供一种非连续结构体内部应力场的测量方法，其最终得到的应力测量结果是基于多个相同的透明的三维物理光弹模型得到的，而三维物理光弹模型又是通过非连续结构体的微焦点CT扫描结果的数字重构和3D打印得到的，也即区别于现有实验和测试技术只能间接推测复杂结构体内部应力场，本发明专利技术所述非连续结构体内部应力场的测量方法，能够结合数字重构、3D打印技术、应力冻结技术和三维应力表征方法，通过透明的三维物理光弹模型直接测量非连续结构体的内部应力场，解决无法从物理实验的角度直观定量可视化显示内部应力场的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种非连续结构体内部应力场的测量方法
本专利技术涉及内部应力场测量
，特别涉及一种非连续结构体内部应力场的测量方法。
技术介绍
当前，包含有孔隙、裂隙等非连续结构体，已经广泛的存在于各个工程领域，如地下岩体结构、机械、航空航天、桥梁等。这些结构体内部包含有大量随机分布、尺度不一、形态各异的孔隙(裂隙)，它们彼此连接、贯通并形成了复杂的孔隙(裂隙)网络结构。这些结构体内部孔隙(裂隙)网络结构及其应力场分布、演化对工程结构的外部物理、力学响应起着决定性作用：如在油气开采领域，孔隙(裂隙)网络结构的特征决定了储层结构的储能与产能的高低，油气的高效开采取决于对气液的吸附/解析、扩散、渗流等物理力学行为的准确认知；在矿产开采领域，由于开采引发的地应力重新分布、岩体的应力-应变关系以及能量集聚与释放机制都受到岩体孔隙(裂隙)网络结构及其应力场的影响；因此，准确获知复杂的非连续结构体的内部应力场对于解决各类工程问题具有重要意义。现有的非连续结构体内部应力场的测量方法，通常采用实验探测来实现，如现场监测、声发射、超声波检测等方法，主要依托传感器、应变片、声学数据等从真实的现场环境来获取实验数据。但上述这些方法都是通过外部的物理、力学响应来获取实验数据，再对其内部的应力场进行间接地推测，无法解决从物理实验的角度直观定量可视化显示内部应力场的难题。
技术实现思路
本专利技术提供一种非连续结构体内部应力场的测量方法，以解决现有实验和测试技术中只能间接推测内部应力场，而无法定量可视化地显示应力场的问题。为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：一种非连续结构体内部应力场的测量方法，包括：计算机对非连续结构体的扫描结果进行数字重构，获得非连续结构体的三维数字模型；3D打印机根据三维数字模型进行打印，得到多个相同且透明的三维物理光弹模型；温箱对多个三维物理光弹模型进行处理，使多个三维物理光弹模型的性质稳定；三轴加载装置通过温箱对多个三维物理光弹模型保持相同的加载条件，进行应力冻结实验；三轴加载装置及多个三维物理光弹模型均设置于温箱中；切片机对进行应力冻结实验之后的三维物理光弹模型进行切片，得到三个正交平面二维切片；计算机对应力条纹分布进行处理，得到三维物理光弹模型内各个点的三维最大剪应力；所述应力条纹分布为三个满足实验要求的正交平面二维切片进行二维光弹实验后得到的。优选的，所述3D打印机根据三维数字模型进行打印，得到多个相同且透明的三维物理光弹模型，包括：3D打印机根据三维数字模型，采用具有光弹特性的VeroClear材料打印基质部分，采用Fullcure705材料打印孔隙或裂隙部分，得到多个相同且透明的三维物理光弹模型。优选的，得到相同且透明的三维物理光弹模型的个数为4个。优选的，所述温箱对多个三维物理光弹模型进行处理，使多个三维物理光弹模型的性质稳定，包括：温箱对多个被保鲜膜密封包裹的三维物理光弹模型进行为期48小时的50℃恒温处理，使多个三维物理光弹模型的性质稳定。优选的，所述三轴加载装置通过温箱对多个三维物理光弹模型保持相同的加载条件，进行应力冻结实验，包括：温箱对经过自然降温且避光保存的多个三维物理光弹模型进行升温处理；当温箱升温至预设冻结温度时，三轴加载装置对多个三维物理光弹模型进行应力冻结实验；温箱对多个三维物理光弹模型进行降温处理。优选的，所述温箱对经过自然降温且避光保存的多个三维物理光弹模型进行升温处理，包括：温箱以10℃/h的速度升温至90℃，并保温0.5小时；温箱以10℃/h的速度升温至125℃，并保温1小时。优选的，所述温箱对多个三维物理光弹模型进行降温处理，包括：温箱以2℃/h的速度降温至95℃，并保温0.5小时；温箱以2℃/h的速度降温至室温。优选的，所述计算机对应力条纹分布进行处理，得到三维物理光弹模型内各个点的三维最大剪应力，包括：计算机根据所述应力条纹分布进行相移法提取，得到相应的应力场；计算机根据公式计算得到载荷作用下三个正交平面内的最大剪应力分布(τmax)xy，(τmax)yz，(τmax)zx；计算机根据三个正交平面内的最大剪应力分布(τmax)xy，(τmax)yz，(τmax)zx，计算得到三维物理光弹模型内各个点的三维最大剪应力。本专利技术提供的所述非连续结构体内部应力场的测量方法，首先通过计算机对非连续结构体的扫描结果进行数字重构，获得非连续结构体的三维数字模型；然后通过3D打印机根据三维数字模型进行打印，得到多个相同且透明的三维物理光弹模型；再在温箱中，通过三轴加载装置对性质稳定的多个三维物理光弹模型保持相同的加载条件，进行应力冻结实验；由切片机对进行应力冻结实验之后的三维物理光弹模型进行切片，得到三个正交平面二维切片；三个满足实验要求的正交平面二维切片进行二维光弹实验后得到应力条纹分布，由计算机对应力条纹分布进行处理，得到三维物理光弹模型内各个点的三维最大剪应力；最终得到的应力测量结果是基于多个相同的三维物理光弹模型得到的，而三维物理光弹模型又是通过对非连续结构体的扫描结果进行数字重构和打印和得到的，也即区别于现有实验和测试技术只能间接推测复杂结构体内部应力场，本专利技术所述非连续结构体内部应力场的测量方法，能够结合数字重构、3D打印技术、应力冻结技术和三维应力表征方法，通过透明的三维物理光弹模型直接测量非连续结构体的内部应力场，解决无法从物理实验的角度直观定量可视化显示内部应力场的难题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的非连续结构体内部应力场的测量方法的流程图；图2是本专利技术另一实施例提供的非连续结构体内部应力场的测量方法的另一流程图；图3是本专利技术另一实施例提供的温箱的温度控制曲线图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。本专利技术提供一种非连续结构体内部应力场的测量方法，以解决现有实验和测试技术中只能间接推测内部应力场，而无法定量可视化地显示应力场的问题。具体的，所述非连续结构体内部应力场的测量方法，参见图1，包括：S101、计算机对非连续结构体的扫描结果进行数字重构，获得非连续结构体的三维数字模型；在具体的实际应用中，可以先利用微焦点工业CT(ComputedTomography，X线计算机断层摄影)对非连续结构体(比如孔隙固体材料)进行扫描，根据扫描结果，利用计算机进行数字重构，得到非连续结构体的真实三维数字模型。S102、3D打印机根据三维数字模型进行打印，得到多个相同且透明的三维物理光弹模型；利用3D打印技术，选择合适的打印参数，打印多个完全一样的模型，由此得到能够反映真实工程中非连续结构体的三维物理光弹模型。三维物理光弹模型全部透明，即使得本实施例能够通过后续步骤直观定量可视化地显示非连续结构体的内部应力场。S103、温箱对多个三维物理光弹模型进行处理，使多个三维物理光弹模型的性质稳定；利用3D打印机制备三维物理光弹模型后，立刻将打印好的三维物理光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非连续结构体内部应力场的测量方法，其特征在于，包括：计算机对非连续结构体的扫描结果进行数字重构，获得非连续结构体的三维数字模型；3D打印机根据三维数字模型进行打印，得到多个相同且透明的三维物理光弹模型；温箱对多个三维物理光弹模型进行处理，使多个三维物理光弹模型的性质稳定；三轴加载装置通过温箱对多个三维物理光弹模型保持相同的加载条件，进行应力冻结实验；三轴加载装置及多个三维物理光弹模型均设置于温箱中；切片机对进行应力冻结实验之后的三维物理光弹模型进行切片，得到三个正交平面二维切片；计算机对应力条纹分布进行处理，得到三维物理光弹模型内各个点的三维最大剪应力；所述应力条纹分布为三个满足实验要求的正交平面二维切片进行二维光弹实验后得到的。

【技术特征摘要】
1.一种非连续结构体内部应力场的测量方法，其特征在于，包括：计算机对非连续结构体的扫描结果进行数字重构，获得非连续结构体的三维数字模型；3D打印机根据三维数字模型进行打印，得到多个相同且透明的三维物理光弹模型；温箱对多个三维物理光弹模型进行处理，使多个三维物理光弹模型的性质稳定；三轴加载装置通过温箱对多个三维物理光弹模型保持相同的加载条件，进行应力冻结实验；三轴加载装置及多个三维物理光弹模型均设置于温箱中；切片机对进行应力冻结实验之后的三维物理光弹模型进行切片，得到三个正交平面二维切片；计算机对应力条纹分布进行处理，得到三维物理光弹模型内各个点的三维最大剪应力；所述应力条纹分布为三个满足实验要求的正交平面二维切片进行二维光弹实验后得到的。2.根据权利要求1所述的非连续结构体内部应力场的测量方法，其特征在于，所述3D打印机根据三维数字模型进行打印，得到多个相同且透明的三维物理光弹模型，包括：3D打印机根据三维数字模型，采用具有光弹特性的VeroClear材料打印基质部分，采用Fullcure705材料打印孔隙或裂隙部分，得到多个相同且透明的三维物理光弹模型。3.根据权利要求1或2所述的非连续结构体内部应力场的测量方法，其特征在于，得到相同且透明的三维物理光弹模型的个数为4个。4.根据权利要求1所述的非连续结构体内部应力场的测量方法，其特征在于，所述温箱对多个三维物理光弹模型进行处理，使多个三维物理光弹模型的性质稳定，包括：温箱对多个被保鲜膜密封包裹的三维物理光弹模型进行为期48小时的50℃恒温...

【专利技术属性】
技术研发人员：鞠杨，郑泽民，卢晋波，刘红彬，刘鹏，贺可鑫，王里，赵熙，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11