本文關鍵詞：煤巖圖像處理及細觀損傷本構模型研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《重慶大學》 2015年

煤巖圖像處理及細觀損傷本構模型研究

孫傳猛  

【摘要】：如何構建反映煤巖變形破壞全過程的本構模型,一直是采礦工程領域十分關注的問題。由于煤巖本身的復雜性,以及試驗條件、測量手段等限制,目前有關煤巖損傷理論還需進一步發(fā)展完善。本文基于細觀力學試驗和細觀結構量化試驗,分別采用細觀損傷理論的兩類構建方法,系統(tǒng)性地研究了煤巖變形破壞全過程,建立了煤巖彈-脆性損傷本構模型和MCDC模型,并運用于實例進行了對比分析。煤巖細觀量化結果的精確與否,直接影響上述本構模型的準確程度。數(shù)字圖像處理(DIP)技術是一種有效的細觀結構信息量化手段,具有精確測量和數(shù)字表達等優(yōu)點。然而,由于學科跨度較大,DIP技術在巖石力學中運用往往滯后于自身發(fā)展,更多地采用傳統(tǒng)圖像分割方法,無法滿足煤巖圖像處理要求。本文引入基于偏微分方程圖像處理理論,并結合煤巖圖像特點,提出了能夠準確全面地表達煤巖細觀結構信息的改進C-V模型和改進LBF模型。主要研究成果如下：1)通過引入圖像增強算子、規(guī)范初始水平集函數(shù)等技術改進了C-V模型和LBF模型。相比傳統(tǒng)圖像處理技術和以往的基于偏微分方程的方法,對普遍存在灰度不均一、弱邊緣、噪聲污染嚴重、目標與背景對比度低等特點的煤巖圖像,改進的模型具有更強的適應性和更高的分割精度。2)煤巖細觀結構信息中各度量損傷的基準及其定義的損傷變量,與宏觀力學響應有明顯對應關系,且均在煤巖極限承載強度處發(fā)生急劇改變,表明煤巖是一種脆性或準脆性材料。本文定義的基于面積與方位角的損傷變量,反映了煤巖材料的各向異性,其數(shù)值最大方向為損傷主要發(fā)生方向,可以作為計算損傷的簡化方向。3)圖像紋理信息可以作為度量煤巖材料損傷的基準。圖像紋理信息包括分形維數(shù)和紋理特征參數(shù),分形維數(shù)著重于目標內(nèi)容的形態(tài),而紋理特征參數(shù)則側重描述圖像內(nèi)容的空間分布。采用紋理特征參數(shù)作為度量損傷基準定義的損傷變量,綜合考慮了煤巖表面細觀結構的形態(tài)信息和空間分布關系,同時由于不需要各細觀結構的具體信息參數(shù),實際應用更加方便。其與軸向應變具有顯著的非線性關系,可以表述為DT=aε2+bε+c,并由此建立煤巖彈-脆性損傷本構模型,損傷本構方程為4)煤巖內(nèi)部廣泛存在的孔隙、裂隙等初始損傷,常常造成宏觀應力-應變曲線存在較長的裂隙壓密階段,而現(xiàn)有的損傷本構模型對此較少關注。本文基于細觀計算損傷理論構建了含初始損傷和線彈性損傷影響的MCDC模型,對上述階段進行了準確描述。其與以往細觀計算損傷模型的區(qū)別還在于：①其概率分布模型采用對數(shù)正態(tài)分布,具有“比例效應”、中心極限定量等充足的概率論理論支撐以及煤巖體微細觀結構信息統(tǒng)計規(guī)律的實際支持；②采用正則化Heaviside函數(shù)對對數(shù)正態(tài)模型導致的保守性進行了修正。5) MCDC模型有機地聯(lián)系了煤巖初始損傷和線彈性階段損傷實際情況,這區(qū)別于已有的細觀計算損傷模型；MCDC模型無需時刻考察材料損傷演化狀況且無需對其進行擬合,這區(qū)別于第一類細觀損傷理論研究方法。因而MCDC模型既具有實際損傷支撐,又具有參數(shù)數(shù)量少、參數(shù)數(shù)值確定容易、物理意義明確、模擬精度高等優(yōu)點。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP391.41
【目錄】：

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本文編號：173009