巖石力學(xué)參數(shù)是水利水電工程、交通工程和礦業(yè)工程等巖石力學(xué)理論分析和數(shù)值計算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),由于巖石為具有明顯非均質(zhì)特性材料,使得巖石工程分析中的力學(xué)參數(shù)選取存在困難性。針對非均質(zhì)巖石材料的力學(xué)參數(shù)反演問題,論文以數(shù)字散斑相關(guān)方法實測得到的巖石變形場數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),構(gòu)建數(shù)字散斑相關(guān)方法與有限單元法相結(jié)合的巖石力學(xué)參數(shù)反演方法,通過花崗巖三點彎曲實驗和紅砂巖單軸壓縮實驗方法,開展巖石邊界條件、彈性參數(shù)和損傷參數(shù)的反演研究工作,為巖石工程設(shè)計中力學(xué)參數(shù)選取提供參考。在邊界條件反演方面,開展了紅砂巖單軸壓縮實驗,使用數(shù)字散斑相關(guān)方法和有限元方法相結(jié)合,分析了試件在加載過程中的位移場,推導(dǎo)了單元剛度矩陣和參數(shù)反演方程組,計算得到了彈性參數(shù)未知和已知條件下試件上下端面的邊界條件。在彈性參數(shù)反演方面,構(gòu)建了數(shù)字散斑相關(guān)方法和有限元模型修正法結(jié)合的力學(xué)參數(shù)反演流程,開展了花崗巖三點彎曲實驗,分析了試件加載過程中的應(yīng)變場,建立了與實驗對應(yīng)的有限元數(shù)值模型并提取了模型應(yīng)力場,構(gòu)建了彈性參數(shù)反演目標(biāo)函數(shù),最終計算得到了與實驗最接近的彈性參數(shù)。在損傷參數(shù)反演方面,基于上述構(gòu)建的反演流程,使用數(shù)字散斑相關(guān)方法計算了試件... 

【文章來源】：北方工業(yè)大學(xué)北京市

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

數(shù)字散斑相關(guān)方法原理圖

第二章DSCM-FEM力學(xué)參數(shù)反演方法研究9圖2-1數(shù)字散斑相關(guān)方法原理圖在計算過程中，一般基于“灰度不變假設(shè)”，即同一點（,）在運動過程中的灰度I不變，可以表示為[63]：2(+,+)=1(,)（2-1）在公式（2-1）中，2為目標(biāo)圖像灰度值，1為參考圖像灰度值，u、v分別表示點P在x、y方向的位移分量。使用相關(guān)系數(shù)表示相關(guān)性：()=∑[1()1][2((;))2]Λ[∑[1()1]2Λ∑[2((;))2]2Λ]12（2-2）在公式（2-2）中，(;)=+(;)為坐標(biāo)函數(shù)，(,)為包含所有位移參數(shù)的向量。使用相關(guān)搜索算法和計算函數(shù)，計算P點的水平位移u和豎向位移v[64]，其中N為相關(guān)窗口的半長，即在散斑圖像中框選紅色的計算區(qū)域，在計算區(qū)域中以當(dāng)前所計算的像素點為中心，以2N+1為邊長的黃色矩形搜索區(qū)域為當(dāng)前像素點的相關(guān)窗口，如圖2-2所示。圖2-2計算區(qū)域和相關(guān)窗口常用的一階位移函數(shù)可以表示為：{=0+++=0+++（2-3）Q*uP參考圖像ΔxΔyQvP*計算圖像0yx相關(guān)窗口

第二章DSCM-FEM力學(xué)參數(shù)反演方法研究10在公式（2-3）中，（,）為點(0,0)到(,)的距離。數(shù)字散斑相關(guān)方法圖像采集系統(tǒng)主要由電荷耦合元件圖像傳感器、冷光源和計算機(jī)三部分組成，其中，電荷耦合元件圖像傳感器又被稱為CCD相機(jī)，系統(tǒng)的組成示意圖如圖2-3所示。圖像分析系統(tǒng)為VIC-2D計算軟件，測量裝置和操作簡單，數(shù)據(jù)處理便捷。實驗開始前，將CCD相機(jī)固定在三腳架上，調(diào)整位置和角度使CCD相機(jī)保持水平，待試件在試驗機(jī)上調(diào)試完成后，調(diào)整CCD相機(jī)的亮度、遠(yuǎn)近和焦距，使得散斑圖像的單個像素輪廓放大后清晰可見，在采集系統(tǒng)中對保存路徑和采集速率進(jìn)行設(shè)定；在實驗過程中，CCD相機(jī)始終保持固定，對試件的散斑變形圖像進(jìn)行采集，每秒鐘采集的圖像數(shù)量保持不變，直到試件發(fā)生損壞，停止采集圖像，對采集到的圖像保存整理；實驗結(jié)束后，使用數(shù)字散斑相關(guān)方法計算軟件分析散斑圖像中各個像素點的運動，計算得到的位移即為試件加載過程中的相對位移。圖2-3實驗系統(tǒng)示意圖在每張拍攝的散斑圖像中，數(shù)字散斑相關(guān)方法將圖像轉(zhuǎn)化為一個個具體數(shù)值，這些數(shù)值的最小單位是像素，在長度向像素轉(zhuǎn)化的過程中，一個像素的實際長度稱為物面分辨率，每次拍攝的圖像物面分辨率不同，由CCD相機(jī)的遠(yuǎn)近、焦距等參數(shù)決定[65]。數(shù)字散斑相關(guān)方法使用相關(guān)搜索算法進(jìn)行計算時，其精度范圍為像素量級，而在常規(guī)的實驗中，測量精度的要求一般比像素量級還要高，還需要對像素的下一個量級——亞像素進(jìn)行計算，從而滿足實驗的精度要求[66-68]，一般的計算思路為使用相關(guān)算法進(jìn)行插值，計算對象為灰度值或相關(guān)系數(shù)，以此來得到亞像素散斑圖像[69]，使用數(shù)字散斑相關(guān)方法拍攝的質(zhì)量較好的散斑圖像中，進(jìn)行亞像素量級的計算，位移測量精度可以進(jìn)一步達(dá)到像素量級的1%?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]單軸荷載下大理巖聲發(fā)射時空演化特征研究[J]. 董志凱,李浩然,歐陽作林,楊起帆,劉博.  地下空間與工程學(xué)報. 2019(S2)
[2]循環(huán)加卸載下花崗巖非均勻變形演化的聲發(fā)射特征試驗研究[J]. 楊小彬,韓心星,劉恩來,張子鵬,王逍遙.  巖土力學(xué). 2018(08)
[3]單軸循環(huán)加卸載巖石非均勻變形演化特征[J]. 楊小彬,韓心星,劉恩來,張子鵬,汪騰蛟,張立輝.  煤炭學(xué)報. 2018(02)
[4]紅砂巖變形演化及聲發(fā)射主頻特征實驗研究[J]. 宋義敏,邢同振,趙澤鑫,鄧琳琳.  煤炭學(xué)報. 2017(S2)
[5]巖石單軸壓縮變形場演化的聲發(fā)射特征研究[J]. 宋義敏,邢同振,趙同彬,趙澤鑫,高平波.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報. 2017(03)
[6]結(jié)合DIC技術(shù)的車用復(fù)合材料參數(shù)反演方法[J]. 楊思滿,姜潮,倪冰雨.  機(jī)械科學(xué)與技術(shù). 2016(12)
[7]巖石彈性模量的試驗研究[J]. 麻江峰.  山西水利科技. 2016(04)
[8]巖石彈塑性應(yīng)力-滲流-損傷耦合模型研究（Ⅱ）:參數(shù)反演及數(shù)值模擬[J]. 王軍祥,姜諳男,宋戰(zhàn)平.  巖土力學(xué). 2015(12)
[9]基于隧洞超前地質(zhì)探測和地應(yīng)力場反演的巖爆預(yù)測研究[J]. 邱道宏,李術(shù)才,張樂文,崔偉,蘇茂鑫,謝富東.  巖土力學(xué). 2015(07)
[10]基于Hooke-Jeeves算法的撓性粘接件的高效內(nèi)聚反演分析[J]. 周清春,鞠玉濤,周長省.  工程力學(xué). 2015(04)

碩士論文
[1]巖石摩擦滑動失穩(wěn)機(jī)制及聲發(fā)射演化特征研究[D]. 鄧琳琳.北方工業(yè)大學(xué) 2019
[2]巖石細(xì)觀損傷可視化系統(tǒng)開發(fā)及孔裂隙結(jié)構(gòu)演化規(guī)律研究[D]. 張潔瑩.太原理工大學(xué) 2019
[3]變形特征分析中散斑測量數(shù)據(jù)的處理與開發(fā)[D]. 劉燕琪.東華理工大學(xué) 2017
[4]數(shù)字圖像相關(guān)方法在應(yīng)變測量中的應(yīng)用研究[D]. 張睿誠.重慶大學(xué) 2017
[5]彈性力學(xué)邊界條件反演問題的有限元方法[D]. 陳亮.合肥工業(yè)大學(xué) 2014
[6]率相關(guān)粘接結(jié)構(gòu)的界面力學(xué)性能研究[D]. 卓振芳.福州大學(xué) 2011
[7]巖體地應(yīng)力場的一種非線性反演新方法研究[D]. 袁風(fēng)波.中國科學(xué)院研究生院（武漢巖土力學(xué)研究所） 2007
[8]基于ANSYS和小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的初始地應(yīng)力場反演及圍巖流變分析[D]. 黃亞哲.河海大學(xué) 2007



本文編號：3289106