混凝土损伤裂纹的二维数字图像盒维数算法

依据盒维数算法思想及数字图像存储原理,探讨了数字图像像素矩阵与图形之间的关系以及如何通过图像二值化获取分形曲线图形.研究了分形维数的计算方法,给出了一种基于Matlab计算功能的二维数字图像盒维数的简捷算法.按照这种方法能够方便的求解冲击荷载下混凝土试件表面裂纹的盒维数,具有很好的实用性,为探索混凝土表面裂纹图形的分形特征与其承受的动荷载之间的内在规律,奠定了基础.     

局部荷载下煤样内部微结构及表面裂隙演化规律

为了研究局部荷载下原煤与型煤试样内部微结构与表面裂纹的演化规律,开展了不同加载面积下原煤与型煤试样的压缩试验,得到了加载过程中试样超声波波速值与表面裂纹变化的实时图像,基于定义的损伤因子与分形理论,研究了原煤与型煤试样局部荷载下损伤演化规律的异同性.结果表明:局部荷载下2种试样的应力-应变曲线均具有典型的阶段性特征,且原煤试样压密阶段的变形大于型煤试样,2种试样抗压强度随加载面积的增大呈线性增加关系;与原煤试样相比,单轴压缩条件下的型煤试样超声波波速曲线缺少最初的加载强化阶段,仅包含加载弱化区和加载失稳区2个阶段;局部荷载不改变煤样损伤的3阶段特征,只是缩短各阶段持续时间;局部荷载下原煤试样表面裂纹的扩展方向与加载方向近似平行,且主控裂纹基本位于加载区与非加载区交界面区域;型煤试样表面裂纹扩展方向与加载方向成一定角度,且裂纹均处于加载区;局部荷载下2种煤样表面裂纹均具有明显的分形特征,且原煤表面分形维数与应变之间呈三次函数规律,型煤表面分形维数与应变之间呈二次函数规律,2种试样临近破坏时刻表面分形维数与加载面积均呈二次函数规律.     

二维数字图像分形维数的计算方法

许多情况下分形维数的计算是通过对二维数字图像的分析得到的．针对二维数字图像的特点，探讨了采用盒维数计算其分形维数的方法．数字图像盒维数的计算是基于对像素矩阵的分析进行的，具有数字化的特点，其计算结果的精度与图像大小有较大关系．数字图像盒维数描述了由离散像素点构成的数字图像中关心区域的分布特点，但其物理意义还应结合数字图像所赋存的物理意义加以分析．     

基于数字体图像三维裂隙的分形计算及应用

根据计盒维数(CBD)的计算方法,提出了基于三维裂隙的数字体图像计算其分形维数的立方体覆盖法,并用MATLAB软件实现了该算法.利用工业CT扫描获取了不同围压下破坏煤样的数字图像,通过数字图像处理获取裂隙并生成裂隙体图像,应用立方体覆盖法计算三维裂隙的分形维数;通过对破坏煤样块体质量-频率的统计,计算了块度分形维数.两种分形维数分别从裂隙的发育程度和煤样破碎程度来评价煤样的破坏,两种分形维数越大,煤样的破碎程度越高,裂隙越发育,变化趋势具有一致性.结果表明:提出的计算三维裂隙分形维数的立方体覆盖法是可行的,得出的三维裂隙的分形维数可以作为分析裂隙空间分布的定量参数.基于三维裂隙的数字体图像的分形维数还可以用于对裂隙演化过程的定量描述.     

混凝土材料宏观结构形貌的分形解析

从分形集与分形空间的属性,分析了混凝土材料宏观结构形貌的分形特征,用改变粗视化度的测试方法,测试了石子最大粒径较小的泵送混凝土和粒径较大的干硬性混凝土断面集料边界的分形维数,用盒计数方法测试了两种混凝土的断面集料状态、碱集料反应裂纹以及公路桥梁冻害后的裂纹的分形维数.研究表明,石子最大粒径较小的泵送混凝土集料边界分形维数较高,达到1 9232,粒径较大的干硬性混凝土普通混凝土集料边界分形维数较低,仅为1 4549,但其集料的盒维数较高,达到1 9817.碱集料反应裂纹以及公路桥梁冻害后的裂纹均具有非常显著的分形特征,用分形解析描述混凝土这一宏观结构特征是十分有效的方法.     

动静组合荷载下砂岩冲击岩爆碎屑分形特征

运用自主研发的冲击岩爆实验系统,进行了改变动载波幅和改变静载的两种冲击岩爆实验,收集实验后砂岩碎屑,使用图像处理软件对两种冲击岩爆中粒碎屑图片进行处理,获得岩爆碎屑的粒度-数量、周长-数量以及面积-数量分形维数值.选取两种冲击岩爆碎屑,拍摄不同倍数下的裂纹电镜扫描(SEM)图片,提取SEM图片微观裂纹,计算裂纹分形维数值.结果表明:不同的参数组合所计算的分形维数值不同;放大倍数越大,裂纹的分形维数越大;改变静载的冲击岩爆实验分形维数值要高于改变动载的冲击岩爆实验的分形维数值,碎屑更为破碎.     

橡胶混凝土梁在纯弯状态下损伤及分形研究

实验比较了不同橡胶替代率混凝土试块的立方体抗压强度及弹性模量,并运用分形理论描述结构表面裂缝分布和结构损伤破坏程度.研究表明:混凝土抗压强度及弹性模量与橡胶替代率呈反比关系,试验梁表面裂缝的分布具有显著的分形特征,且分形维数与最大裂缝宽度存在指数的关系,故表面裂缝分形维数可以作为衡量结构损伤程度的特征因子,为现有的损伤鉴定方法提供新思路.     

混凝土裂缝特征参数的图形化定量分析新方法

为了定量化评估混凝土开裂问题,基于数字图像技术,提出一种混凝土裂缝的图形化提取方法.给出定量计算混凝土裂缝的面积、分形维数、长度、宽度等特征参数的算法,采用Matlab编写计算混凝土裂缝特征参数的应用程序.通过混凝土平板实验裂缝的计算分析表明,采用此新方法可以有效避免由于阈值的选取造成的误判和图像除噪过程,混凝土裂缝的图形化提取方法具有准确、方便、快捷的优点,特征参数的算法具有良好的计算精度.对混凝土裂缝分形维数的分析表明,混凝土的早期裂缝具有明显的分形特征.采用分形理论描述混凝土早期裂缝的不规则性是有效的,为混凝土裂缝的定量研究提供了有利的工具.     

混凝土材料断裂韧度分形尺寸效应

根据混凝土材料裂纹的分形特性,分析了混凝土的断裂韧度与裂纹带高度之间的变化关系.结合裂纹弯折扩展模型,计算了裂纹分形维数,提出了分形断裂韧度的理论模型,并与实验结果进行了验证.     

冲击载荷对煤样表面裂纹扩展特征影响研究

以型煤和原煤试样为研究对象,以自行研发的落锤式冲击加载试验装置、基于细观分析的微结构演化三维自动测控试验装置和煤岩表面微结构动态演化三维细观监测软件为主要研究设备,对冲击载荷作用下煤样表面裂纹扩展规律进行了试验研究.结果表明:冲击荷载使两类试样表面产生自上而下与冲击方向呈锐角分布的裂纹;表面裂纹形态呈锯齿状,且裂纹扩展遇坚硬颗粒时表现为穿晶与绕晶扩展模式相结合,并可能产生分岔,总体呈S型扩展;与型煤相比,原煤表面裂纹的变化频率、形态的粗糙度、分岔频率和穿晶扩展的比例均较低;随着冲击次数的增加,煤样表面裂纹宽度扩展表现为渐进式与突变式2种,表面裂纹扩展方向表现为随着冲击次数增加呈"高速变化-平缓发展-急速变化"3段式;坚硬颗粒阻碍煤岩表面裂纹扩展,原生裂隙对其具有双重作用,非均质性使其起裂位置和扩展路径具有很强的随机性;提出了1种表征煤岩表面裂纹扩展路径的函数;受相同作用后,原煤表面裂纹的分形维数大于型煤;随着冲击载荷增加,煤样表面裂纹分形维数呈减小趋势,各裂纹间分形维数的差异也逐渐减小.     

混凝土亚临界裂纹扩展的分形效应

通过三点弯曲断裂SEM试验，获得了混凝土断裂全过程的扫描电镜图像．采用分形几何方法对裂纹扩展路径进行了考查，并对获得的数据点进行了回归分析和回归结果的相关性检验，论证了裂纹亚临界扩展的分形性质，得到了细观裂纹路径的分形维数D，此外，还探讨了分维D与断裂能GF之间的关系。     

煤焦SEM图像的表面孔洞分形维数的Matlab实现

利用Matlab软件对煤焦燃烧过程中的SEM图像进行分析处理,得到了煤焦表面孔的二值化图像及其对应矩阵,并针对二值化数字图像的特点,借助分形理论详细论述了计盒维数计算SPFD的原理及方法,为研究燃烧过程中煤焦表面结构变化提供了一种计算方法。     

基于数字摄影测量技术的岩石表面分形维研究

基于数字摄影测量技术,结合计算机图形处理方法,对大理岩和花岗岩两种岩石试件的表面图像进行采集并处理,得到两种岩石光滑表面的二值图像.编制MATLAB程序,统计一系列以不同像素点为边长的正方形覆盖二值图像时的个数,根据像素量和正方形个数之间的关系确定图像的计盒维数;统计一系列在不同尺度下图形曲线的周长和面积,根据他们之间的关系确定图像的周长-面积关系维数,结果表明:两种岩石表面具有典型的分形特征,两种分形维数计算结果准确、可靠;数字摄影测量技术结合计算机图形处理方法适用于分形分析中.     

基于分形纹理分析的蛋壳裂纹识别

为了实现蛋壳裂纹的精确识别,设计了蛋壳裂纹识别装置。针对微小裂纹识别难的问题,使用空气压力调节来适度增大微小裂纹。根据完好蛋图像具有均匀光滑表面和裂纹蛋图像具有不规则纹理的特点,使用分形维数对图像进行分析。用4个方向的剖面分割灰度图像曲面,得到具有分形规律的曲线,计算曲线的维数与图像整体盒维数,作为神经网络的特征向量。对284个样本进行训练之后,用240个样本进行验证,正确识别率为98.36%。     

基于图像处理的混凝土裂缝的检测

结合数字图像处理技术，提出了判断混凝土裂纹的综合算法。对于混凝土裂纹图像，算法能够找出裂纹的走向、长度、平均宽度和最大宽度。用开启运算去掉裂纹图像的噪声，对裂纹进行细线化处理，由方向链码得到裂纹长度、平均宽度及裂纹走向，由斜率配合裂纹区域得到细线上每个点所对应的裂纹宽度以及最大宽度，对于复杂的多分支细小裂纹，算法难以处理，有待进一步完善。     

基于SEM图像的细颗粒泥沙絮体3维分形研究及其应用

具有分形特征是细颗粒泥沙絮体的重要特性,为了解决目前主要是通过絮体SEM图像研究其2维分形特性的问题,利用SEM图像灰度值重建细颗粒泥沙絮体3维图像,通过MATLAB编程用盒计数法计算絮体3维分形维数;然后基于絮体3维分形维数,推导出细颗粒泥沙静水沉降时清浑交界面的沉降公式,并将其应用在滇池底泥清混交界面的沉降计算中,其计算误差在5%以内。结果表明,直接利用絮体SEM图像计算絮体3维分形维数是可行的,避免了图像处理中人为误差的引入,且通过其推导的沉降公式可用于计算清混交界面的沉速。     

基于差分盒维数的彩色烟雾图像识别

提出了利用差分盒维数与颜色特征相结合的图像识别方法来将彩色烟雾图像从森林背景中识别出来。该方法首先用差分盒维数算法来计算整幅图像的分形维数值并基于该值对图像进行分割,再以RGB空间的烟雾颜色特征为依据,对差分盒维数方法分割出的区域进行判别,识别出烟雾区域。为改善算法的计算精度,提高算法运算速度,提出了减少子窗口内盒子的覆盖数量、改变子窗口内灰度等级的改进算法。仿真实验结果表明,基于改进的差分盒维数方法,不仅运算速度提高近50％,而且能够更好地反映图像表面的纹理信息。再结合颜色特征能从森林背景中准确的识别出烟雾。该方法可用于森林火灾的预警。     

亚共晶铝硅合金半固态初生相形貌分形维数的计算

利用低过热度浇注技术制备了亚共晶铝硅合金半固态浆料,研究了半固态初生相的形貌及其分形维数和计算方法．应用图像计盒维数的算法计算了亚共晶铝硅合金半固态初生相的分形维数,并编制了相应的计算程序对亚共晶铝硅合金半固态初生相的形貌图像的计盒维数进行了计算．结果表明,不同工艺条件下制备的亚共晶铝硅合金半固态的初生相形貌有不同的分形维数;分形维数可反映初生相形貌的复杂程度．借助分形维数的计算结果可研究亚共晶铝硅合金半固态初生相的形貌及其组织性能．