[发明专利]复杂非均质结构体的动态应力场演化规律的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及应力测量技术领域，特别涉及一种复杂非均质结构体的动态应力场演化规律的测量方法。

背景技术

准确直观地显示与表征岩石、混凝土等复杂非均质材料以及工程结构的应力场演化，是众多工程技术领域内科学家和工程师长期追求的目标，也是解决诸多工程实际问题的基础和关键。

现有的应力场测量方法主要包括实验测量和数值模拟显示两个方面。在实验测量方面主要是现场监测，实验室测量等方法，其主要依靠传感器进行局部点的测量，难以形成全场的应力分布，而且测量的费用较大；数值模拟虽然能很好的展示应力场的分布，但是其计算精度容易受到材料参数、模型网格划分及边界条件设定的影响。

现有技术中还存在一种较为成熟的全场应力测量方法，即光弹性方法，一般通过确定条纹级数来量化应力场的分布规律。然而，该实验方法受限于处理一些简单几何形状的模型，对内嵌有孔隙、裂隙、颗粒等非连续结构的模型，因产生的光弹条纹的分布特征具有异常的复杂性，传统的量化方法则难以适用；而且，即便是近些年发展起来的数字光弹法，也无法实现复杂结构体在固定光场条件下受连续加载的较高外部荷载时全局应力场的提取与量化。

发明内容

本发明提供一种复杂非均质结构体的动态应力场演化规律的测量方法，以解决现有数字光弹性法中无法实现复杂结构体在固定光场条件下受连续加载的较高外部荷载时全局应力场提取与量化的问题。

为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：

一种复杂非均质结构体的动态应力场演化规律的测量方法，包括：

通过3D打印技术制备复杂非均质结构体的透明光敏树脂模型，作为试件；

将所述试件置于圆偏振光暗场的光路中，对所述试件进行连续应力加载并录像；

根据录像生成的视频，得到连续变化的多张全场应力条纹灰度图像；

根据所述连续变化的多张全场应力条纹灰度图像，得到图像中各个位置像素点的灰度值变化数列；

根据灰度值与条纹级数之间的关系以及所述图像中各个像素点的灰度值变化数列，计算得到连续加载条件下的全场条纹级数，进而计算得到连续加载条件下的全场应力值。

优选的，所述通过3D打印技术制备复杂非均质结构体的透明光敏树脂模型，包括：

基于CT扫描技术获取所述复杂非均质结构体的内部复杂孔隙结构；

对所述内部复杂孔隙结构进行数字重构，生成数字模型；

将所述数字模型导入3D打印机，打印得到所述透明光敏树脂模型。

优选的，所述将所述试件置于圆偏振光暗场的光路中，对所述试件进行连续应力加载并录像，包括：

将所述试件置于圆偏振光暗场的光路中，通过应力加载装置对所述试件进行连续应力加载，并通过高清数码摄像机对所述试件中全场应力条纹变化全过程进行录像。

优选的，所述根据录像生成的视频，得到连续变化的多张全场应力条纹灰度图像，包括：

将录像生成的视频按照10帧/秒转化为连续变化的多张图片；

对所述多张图片分别进行图像处理，得到多张全场应力条纹灰度图像。

优选的，所述根据所述连续变化的多张全场应力条纹灰度图像，得到图像中各个位置像素点的灰度值变化数列，包括：

分别提取所述连续变化的多张全场应力条纹灰度图像上各个相同位置像素点的灰度值，构成所述各个像素点的灰度值变化数列。

优选的，所述计算得到连续加载条件下的全场条纹级数，包括：

分别计算得到各个位置像素点条纹级数的整数部分和小数部分。

优选的，所述计算得到各个位置像素点条纹级数的整数部分，包括：

将各个位置像素点的灰度值变化数列转换为变化曲线；

计算得到所述变化曲线中波峰和波谷的平均值；

根据所述平均值以下的波谷数量，得到相应位置像素点条纹级数的整数部分。

优选的，计算得到各个位置像素点条纹级数的小数部分，包括：

根据所述变化曲线y与条纹级数的小数部分x之间的余弦函数关系y＝I(1-cos(x/2π))，计算得到各个位置像素点条纹级数的小数部分。

优选的，所述计算得到连续加载条件下的全场应力值，包括：

将所述全场条纹级数与光学条纹常数相乘，得到所述全场应力值。