[实用新型]一种基于二维数字图像相关法的颗粒物质应变测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及颗粒物质实验检测技术领域,尤其涉及一种基于二维数字图像相关法的颗粒物质应变测试装置。

背景技术

颗粒物质是大量离散颗粒相互作用而形成的复杂体系，广泛存在于自然界，与人类日常生活生产密切相关，比如自然界中沙石、土壤等，日常生活中的粮食、糖、盐等，工业生产中的煤炭矿石、化工产品等，可以说颗粒物质是地球上存在最多、最与人类密不可分的物质类型之一。土力学、化学工程等工程应用学科对其宏观性质开展了详尽研究，但是对其物理机制的研究是最近20年来才逐渐得到重视的。颗粒固体中力分布规律的研究手段主要包括实验检测和数值模拟，但对于复杂的颗粒物质体系，要研究清楚颗粒内部的力学性能，尤其是细观层面的应变分布及颗粒间相对位置，仅仅靠数值模拟是远远不够的，还要有可靠的实验数据做基础。现有的颗粒接触力的测量方法大致分为两类：①接触式检测方法，包括高精度电子传感称量法、显色灵敏压痕方法等，它们可检测颗粒体系中某一截面上的接触力分布情况，但是不可避免的对颗粒体系带来了干扰，由于颗粒间力链对局部力的变化反应极为敏感，检测引起的轻微改变足以使得力链结构发生很大变化。②非接触式检测方法，主要包括光弹方法、荧光共聚焦显微镜法和磁共振弹性成像法，它们的优势在于无干扰检测，但荧光共聚焦法和磁共振弹性成像法测量尺度比较小，并且无法实时、动态观测。目前，应用最广泛的是光弹应力分析法，但现有的光弹应力分析法仅能分析具有双折射效应的透明材料，所以颗粒试样材料受到很大限制。

国内许多学者对二维数字图像相关法(2D-DIC)的基础理论方面已有了较深的研究，它是一种基于计算机视觉和图像识别原理的非干涉、非接触、全场观测技术。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种基于二维数字图像相关法的颗粒物质应变测试装置。该测试装置通过保存初始状态下的试样表面的散斑图像作为参考图像，然后记录下加载后的散斑图像作为目标图像。由于图像中每一个像素点都记录了相应物点的灰度信息，通过基于区域的灰度匹配算法可以计算出所选定的感兴趣区域内所有点的位移和应变，进而实现全场测量。相比上述这些实验检测方法，该测试装置不仅克服了颗粒试样材料的限制和测量尺度窄的问题，而且具有光路简单，对环境要求较低、非接触和全场测量等优点，这大大简化了操作者的操作过程，同时提高了颗粒物质形变的测量速度与精度。由于颗粒配位数对颗粒体系应变和几何结构特性影响很大，一直是颗粒物质实验检测的重要参数，故而设计了一种容积可无极调节的装夹盒，用来固定以任意配位数排布的颗粒样品。通过设计不同排布的颗粒样品进行实验，以研究颗粒配位数对颗粒体系应变和几何结构特性的影响。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种基于二维数字图像相关法的颗粒物质应变测试装置，包括加载装置、被测装置、驱动装置、采集装置和工作台，所述加载装置通过加力块对被测装置中的颗粒样品进行单轴压缩试验，颗粒样品依次排布在一种容积可变的装夹盒中；

所述装夹盒由主板和侧板两部分组成，所述主板底面和正面开有M10的螺纹孔，所述侧板底面和正面开有直径D＝11的通槽，所述主板的螺纹孔和侧板的通槽通过螺栓连接，并实现容积无极调节；所述螺栓预紧，实现侧板固定；所述螺栓旋松，实现侧板无极调节，从而可通过改变容积来设计不同排布的颗粒样品实验；

所述驱动装置包括手柄，滚珠丝杆，丝杆螺母，Y向导轨，平台和螺旋升降装置；滚珠丝杆通过轴承座支撑在工作台上，所述平台中央与丝杆螺母固连，所述平台的四角与所述Y向导轨通过滑块连接，所述Y向导轨采用H型对称布置，保证Y向运动平稳，以保证颗粒样品与与采集装置中的CCD摄像机的工作距离合理稳定；所述螺旋升降装置通过螺栓固定在平台上，由螺旋套筒和螺柱组成，为了获得精确的相关分析结果，可通过微调螺柱调节成像镜面，使其平行于颗粒样品表面；

所述采集装置包括CCD摄像机，成像镜头，光源和计算机；所述CCD摄像机固定在螺柱上，所述成像镜头安装在CCD摄像机上，并通过数据线与计算机相连，所述光源可通过支座固定在工作台上。