[发明专利]一种定床河工模型试验大面积床面切应力的估算方法

权利要求书

1.一种定床河工模型试验大面积床面切应力的估算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在定床河工模型中放置多个小球；

S2、通过摄像机连续拍摄多幅该定床河工模型上小球的位置图像，并对每幅图上小球位置的坐标进行拟合，得到每个小球的运动轨迹；

S3、根据每个小球的运动轨迹计算每个小球的加速度；

S4、根据每个小球的加速度计算不同部位的床面切应力；

所述定床河工模型包括床面和设置在床面两侧的河岸，水流由床面的上游横截面流入，从床面的下游横截面流出，所述床面上方设有摄像机。

2.根据权利要求1所述的定床河工模型试验大面积床面切应力的估算方法，其特征在于，所述步骤S2中的坐标拟合方法为高元多项式法，具体步骤为：

S21、针对某一个小球，获取其在连续各帧图像中的位置坐标，每幅图像获得一个坐标数据(x，y)，得到m幅图像的横坐标序列x₁，x₂，…，x_m和纵坐标序列y₁，y₂…，y_m；

S22、通过最小二乘法对坐标数据进行拟合，拟合公式为：

y＝a_nxⁿ+a_n－1x^n－1+…a₁x+a₀ (1)

上式中，a₀～a_n为待定参数，n为项数；

S23、根据不同的小球运动轨迹选择项数n，拟合得到待定参数a₀～a_n；

S24、根据横坐标序列x₁～x_m计算拟合后的横坐标序列x_1a～x_(m－2)a，计算公式为：

x_(m－2)a＝(x_(m－2)+x_(m－1)+x_m)/3 (2)；

S25、将拟合后的横坐标序列x_1a～x_(m－2)a代入公式(1)中，得到拟合后的纵坐标序列y_1a～y_(m－2)a，通过拟合后的横坐标序列x_1a～x_(m－2)a和拟合后的纵坐标序列y_1a～y_(m－2)a可得到该小球的运动轨迹。

3.根据权利要求1所述的定床河工模型试验大面积床面切应力的估算方法，其特征在于，所述步骤S3中加速度的计算公式为：

a＝(v₂-v₁)/d_t (3)

上式中，v₁为小球在当前时刻与前一时刻的运动速度，v₂为小球在当前时刻与后一时刻的运动速度，d_t为两幅图像的间隔时间，其中v₁和v₂的计算公式分别为：

v₁＝d_s1/d_t1 (4)

v₂＝d_s2/d_t2 (5)

上式中，d_s1为小球在当前时刻与前一时刻的运动距离，d_t1为当前时刻与前一时刻的时间间隔，d_s2为小球在当前时刻与后一时刻的运动距离，d_t2当前时刻与后一时刻的时间间隔。

4.根据权利要求1所述的定床河工模型试验大面积床面切应力的估算方法，其特征在于，所述床面切应力的计算公式为：

上式中，p₀为小球密度，d₀为小球直径。