[发明专利]对包含结构面的非连续体进行变形量测的方法及应用

摘要

本发明涉及对包含结构面的非连续体进行变形量测的方法，方法步骤如下：(1)对给定的含有结构面的非连续体，对其拍照并输入有限元软件中，分别对非连续体的不同结构面单独生成三角形单元，并输出对应的节点文件和单元文件；(2)生成内点；(3)求解内点位移；(4)求解三角块体顶点变形函数；(5)对顶点位移换算得到物理位移；(6)对位移进行可视化操作。本发明的方法能专门针对非连续体的变形测量，更好的反映非连续体的位移情况，从而使该方法能够更好的应用于含有节理或裂纹面的岩石试样的变形量测方面。

主权项

1.对包含结构面的非连续体进行变形量测的方法，其特征在于：所述方法步骤如下：(1)生成有限元网格对给定的含有结构面的非连续体，对其拍照得到照片，将图片输入电脑，提取图片尺寸数据及结构面的位置信息，并输入有限元软件中，在软件中标明结构面的位置，分别对非连续体的不同结构面单独生成三角形单元，并输出对应的节点文件和单元文件；(2)生成内点根据节点文件在单元文件中选取三个节点组成三角块体，并计算所有三角块体内点坐标，如公式(1)所示：其中，(xin,yin)为三角形内心坐标，ω为单元内点权重，(xi,yi)为三角形内点坐标，(Xi,Yi)为内点对应顶点坐标；(3)求解内点位移在非连续体发生变形前采集的图像上取内点坐标作为变形前的像素点，且以内点坐标为中心选定标志区域；在变形后的图像上以内点坐标为中心选定搜索区域，其中，标志区域、搜索区域分别通过公式(2)、(3)确定：t＝2×η+1  (2)s＝2×(η+ξ)+1  (3)其中，t为标志区域的尺寸，s为搜索区域的尺寸，η为标志区域半边大小，ξ为搜索区域半边大小，且公式(2)、(3)的单位均是像素单位；在搜索区域中选一像素点生成标志区域等大小的矩阵，搜索区域中生成的矩阵为目标图像矩阵，计算标志区域和目标图像两个矩阵的差异度，差异度计算公式如(4)、(5)所示S＝P‑Q  (4)其中，D为差异值，P为目标图像矩阵(t×t)，Q为标志区域矩阵(t×t)，S为差异度矩阵，sij为P、Q中对应元素的差值(pij‑qij)，其中，矩阵的元素代表数字图像每个像素的颜色值，此处采用RGB颜色空间；计算完搜索区域中所有像素点的差异度，采用遍历搜索法求解最小差异度，差异度最小的偏移量就是内点对应的位移；(4)求解三角块体顶点变形函数假设三角块体位移满足线性函数，通过对内点的位移值求解系数，并将系数带入对应线性位移函数可得三角块体顶点位移矢量函数；若同一个顶点只有一个位移值，则三角块体顶点位移即为该唯一位移值；若同一个顶点有多个位移值，则三角块体顶点位移为多个位移值的算术平均值，如公式(6)；其中，为三角块体顶点i的位移，n为共享该顶点的三角块体数，为对该顶点包含的n个三角块体顶点的位移矢量求和；(5)对顶点位移换算得到物理位移对步骤(4)中得到的像素位移ui进行换算，得到物理位移，换算公式如(7)：其中，是物理位移，是对应的像素位移，是换算系数，单位是米/像素；(6)对位移进行可视化操作将位移值附在对应节点上生成位移矩阵，通过软件以云图的形式显示出来，最后输出位移云图和物理位移值。