一种基于DIC技术测定受拉混凝土本构关系的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于DIC技术测定受拉混凝土本构关系的方法及系统，该系统包括DIC数据采集模块、本构关系分析模块和输出模块；数据采集模块包括整体受拉应变数据采集单元和/或局部受拉应变数据采集单元，本构关系分析模块包括整体受拉混凝土的细观拉伸损伤模型和/或局部受拉混凝土的细观拉伸损伤模型，该方法通过数字图像技术实时获取混凝土整体受拉过程的整体受拉应变数据和/或混凝土局部受拉过程的局部受拉应变数据，并输出应变

【技术实现步骤摘要】
一种基于DIC技术测定受拉混凝土本构关系的方法及系统


[0001]本专利技术涉及混凝土建筑
，更具体的说是涉及一种基于DIC技术测定受拉混凝土本构关系的方法及系统。

技术介绍

[0002]数字图像相关技术(DIC)作为一种计算机视觉捕捉技术，常应用于观察材料表面的应变状态，由高速摄像机对加载过程材料表面图像进行拍摄并计算图像任意点的应变；相较于应变仪和引伸计测量材料的应变或位移，DIC技术可以做到完全无接触式测量，极大避免测量设备与材料的接触状态对测试结果的影响。
[0003]目前，现有DIC技术是分析混凝土、金属、橡胶等材料加载时的开裂状态或应变变化规律的先进技术，专利CN106248672A《一种基于DIC技术的现场孔内岩体裂纹扩展模式识别方法及系统》专利技术了一种现场孔内岩体裂纹扩展模式的识别方法，将钻孔摄像技术与DIC技术结合，有效区分了岩体挖卸荷载裂纹与原生裂纹，具有操作方便、监测可靠、精度高的优点；专利CN201710693040.2《在增材制造过程中实时测量零件应变的方法》专利技术了一种在增材制造过程中实时测量零件应变的方法，得到不同时刻的应变分布云图，揭示在增材制造过程中的应变分布及其演变规律；专利CN201910801202.9《一种测定金属材料塑性应变比的试验与计算方法》专利技术了一种测定金属材料塑性应变比的方法，获取了金属材料1.0mm标距下的塑性应变比，提升了应变比测量的精度、可靠性和客观性，降低了试验成本；专利CN113466066B《一种基于DIC技术的混凝土材料疲劳变形量及裂缝宽度的测量方法》专利技术了一种基于DIC技术的混凝土材料疲劳变形量及裂缝宽度的测量方法，实现了对特定疲劳寿命下的裂缝宽度、高度、数量的分析。
[0004]但是，上述专利技术仅能测量材料的裂缝、位移或应变变化规律，无法直接揭示材料在加载过程中的本构关系，尚存在以下问题：
[0005](1)仅能测量材料的位移和应变规律：现有DIC技术均是利用加载前后图像的灰度值差异分析了材料的位移场或应变场，对于需要分析在加载过程中应力和应变关系的混凝土材料而言具有很大的局限性；
[0006](2)无法描述材料具体部位的本构关系：DIC技术的优势是可以描述材料不同部位的应变规律，生成应变云图，但现有技术计算的应力—应变关系与试验机通过荷载—位移曲线计算得到的应力—应变的原理相同，仅能描述材料整体的本构关系；
[0007](3)缺少能够直接输出材料本构关系的系统：目前DIC技术仅可以直接输出材料的应变云图或不同部位的应变数据，但无法直接输出描述材料不同部位本构关系的应力—应变曲线；
[0008](4)DIC技术测量需借助其他设备辅助：现有方法若想在DIC技术测量材料应变的基础上建立材料的应力—应变关系，需借助如位移引伸计、试验机输出荷载等其他设备输出的结果，使试验过程更为繁琐，且不利于后续结果的处理。
[0009]因此，如何提供一种基于DIC技术测定受拉混凝土本构关系的方法及系统是本领
域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0010]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于DIC技术测定受拉混凝土本构关系的方法及系统，解决了仅通过DIC技术无法描述材料具体部位的本构关系，在DIC技术测量材料应变的基础上建立材料的应力—应变关系需借助其他设备辅助，过程繁琐，且不利于后续结果处理的问题。
[0011]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0012]一种基于DIC技术测定受拉混凝土本构关系的方法，包括：
[0013]通过数字图像技术实时获取混凝土整体受拉过程的整体受拉应变数据，并输出应变
‑
时间曲线；将整体受拉应变数据输入构建好的整体受拉混凝土的细观拉伸损伤模型计算获得整体受拉混凝土具体部位应力，输出应力
‑
时间曲线，并输出应变
‑
应力关系曲线；
[0014]和/或
[0015]通过数字图像技术实时获取混凝土局部受拉过程的局部受拉应变数据，并输出应变
‑
时间曲线；将局部受拉应变数据输入构建好的局部受拉混凝土的细观拉伸损伤模型计算获得局部受拉混凝土具体部位应力，输出应力
‑
时间曲线，并输出应变
‑
应力关系曲线。
[0016]优选的，整体受拉混凝土的细观拉伸损伤模型的构建方法为：
[0017]获得混凝土整体拉伸下的屈服应变的概率密度函数、断裂应变的概率密度函数、屈服应变的概率分布函数和断裂应变的概率分布函数；
[0018]获取断裂应变引起的弹性模量损伤值和屈服应变引起的弹性模量损伤；
[0019]构建整体受拉混凝土的细观拉伸损伤模型。
[0020]优选的，整体受拉混凝土的细观拉伸损伤模型为：
[0021]σ
N
＝E0ε(1
‑
D'
y
)(1
‑
D
R
)
[0022]其中，σ
N
为受拉混凝土某一位置的应力，E0为混凝土初始拉伸弹性模量，D
y
’
为屈服应变引起的弹性模量损伤值，D
R
为断裂应变引起的弹性模量损伤值，ε为混凝土整体受拉过程某一时刻的拉应变。
[0023]优选的，屈服应变的概率密度函数包括弹性阶段、弹塑性阶段和塑性阶段的概率密度函数，具体为：
[0024][0025]其中，p(ε)为屈服应变的概率密度函数；ε为混凝土整体受拉过程某一时刻的拉应变；ε0为混凝土在加载前的初始应变；ε1为混凝土在弹性阶段的极限应变，由DIC技术计算得到；ε2为混凝土在弹塑性阶段的极限应变，由DIC技术计算得到；ε3为混凝土在塑性阶段的极限应变，应变超过ε
ymax
混凝土断裂，由DIC技术计算得到；
[0026]断裂应变的概率密度函数为：
[0027][0028]其中，q(ε)为断裂应变的概率密度函数；H为为最大屈服应变对应断裂累积损伤值；
[0029]屈服应变的概率分布函数为：
[0030][0031]其中，D
y
为屈服应变的概率密度函数；
[0032]断裂应变的概率分布函数为：
[0033][0034]其中，D
R
为断裂应变的概率密度函数，即断裂应变引起的弹性模量损伤值；
[0035]屈服应变引起的弹性模量损伤为：
[0036][0037]其中，D
y
’
为屈服应变引起的弹性模量损伤值。
[0038]优选的，局部受拉混凝土的细观拉伸损伤模型为：
[0039]σ＝E0ε(1
‑
D)
[0040]其中，σ为局部受拉混凝土的拉应力，ε为混凝土局部受拉过程某一时刻的拉应变，D为局部受拉混凝土的损伤变量。
[0041]优选的，局部受拉混凝土的损伤变量为：
[0042][本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于DIC技术测定受拉混凝土本构关系的方法，其特征在于，包括：通过数字图像技术实时获取混凝土整体受拉过程的整体受拉应变数据，并输出应变
‑
时间曲线；将整体受拉应变数据输入构建好的整体受拉混凝土的细观拉伸损伤模型计算获得整体受拉混凝土具体部位应力，输出应力
‑
时间曲线，并输出应变
‑
应力关系曲线；和/或通过数字图像技术实时获取混凝土局部受拉过程的局部受拉应变数据，并输出应变
‑
时间曲线；将局部受拉应变数据输入构建好的局部受拉混凝土的细观拉伸损伤模型计算获得局部受拉混凝土具体部位应力，输出应力
‑
时间曲线，并输出应变
‑
应力关系曲线。2.根据权利要求1所述的一种基于DIC技术测定受拉混凝土本构关系的方法，其特征在于，整体受拉混凝土的细观拉伸损伤模型的构建方法为：获得混凝土整体拉伸下的屈服应变的概率密度函数、断裂应变的概率密度函数、屈服应变的概率分布函数和断裂应变的概率分布函数；获取断裂应变引起的弹性模量损伤值和屈服应变引起的弹性模量损伤；构建整体受拉混凝土的细观拉伸损伤模型。3.根据权利要求2所述的一种基于DIC技术测定受拉混凝土本构关系的方法，其特征在于，整体受拉混凝土的细观拉伸损伤模型为：σ
N
＝E0ε(1
‑
D
′
y
)(1
‑
D
R
)其中，σ
N
为受拉混凝土某一位置的应力，E0为混凝土初始拉伸弹性模量，D
y
’
为屈服应变引起的弹性模量损伤值，D
R
为断裂应变引起的弹性模量损伤值，ε为混凝土整体受拉过程某一时刻的拉应变。4.根据权利要求2所述的一种基于DIC技术测定受拉混凝土本构关系的方法，其特征在于，屈服应变的概率密度函数包括弹性阶段、弹塑性阶段和塑性阶段的概率密度函数，具体为：其中，p(ε)为屈服应变的概率密度函数；ε为混凝土整体受拉过程某一时刻的拉应变；ε0为混凝土在加载前的初始应变；ε1为混凝土在弹性阶段的极限应变，由DIC技术计算得到；ε2为混凝土在弹塑性阶段的极限应变，由DIC技术计算得到；ε3为混凝土在塑性阶段的极限应变，应变超过ε
ymax
混凝土断裂，由DIC技术计算得到；断裂应变的概率密度函数为：其中，q(ε)为断裂应变的概率密度函数；H为最大屈服应变对应断裂累积损伤值；
屈服应变的概率分布函数为：其中，D
y
为屈服应变的概率密度函数；断裂应变的概率分布函数为：其中，D
R
为断裂应变的概率密度函数，即断裂应变引起的弹性模量损伤值；屈服应变引起的弹性模量损伤为：其中，D
y
’
为屈服应变引起的弹性模量损伤值。5.根据权利要求1所述的一种基于DIC技术测定受拉混凝土本构关系的方法，其特征在于，局部受拉混凝土的细观拉伸损伤模型为：σ＝E0ε(1
‑
D)其中，σ为局部受拉混凝土的拉应力，ε为混凝土局部受拉过程某一时刻的拉应变，D为局部受拉混凝土的损伤变量。6.根据权利要求5所述的一种基于DIC技术测定受拉混凝土本构关系的方法，其特征在于，局部受拉混凝土的损伤变量为：其中，D为局部受拉混凝土的损伤变量；a为损伤修正系数；ε为由DIC测量得到的应变；ζ和λ为损伤变量的随机场参数；损伤变量的随机场参数ζ和λ分别为：λ＝lnε
pr<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李化建，董昊良，王振，温家馨，杨志强，易忠来，黄法礼，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：