Diagnosis of the surface morphology of laser-ablated materials using the weighted- DCT approach in laser speckle interferometry for application to plasma facing materials

To implement on-line, real-time monitoring for the surface morphology of Plasma-Facing Materials (PFMs) in tokamak, we developed a Laser Speckle Interferometry measurement approach. A laser ablation method was used to simulate the erosion process during Plasma-Wall Interactions in a tokamak. In the present investigation, we evaluated the results of laser ablation morphology changes on the surface of Mo material reconstructed by four different approaches (Flood-fill, Quality-guided, Discrete Cosine Transform (DCT) and Weighted-DCT). The morphology results measured by the weighted-DCT approach are very close to the measurement results from confocal microscopy with an average error rate within 7%. It is verified that the weighted-DCT algorithm has high accuracy and can efficiently reduce the influence of noise pollution coming from laser ablation, which is used as a proxy for erosion from plasma wall interaction. Additionally, the CPU computer time has been shortened. This is of great significance for the real-time monitoring of PFMs’ morphology in the Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) in the future.     

激光散斑干涉技术的应用

散斑干涉计量就是根据与物体变形有内在联系的散斑图，将物体表面位移或变形测量出来。介绍了激光散斑干涉技术的物理学基础、检测方法及其应用。说明它是一种非常便捷、先进、并具有发展潜力的光测技术。     

综放工作面上覆岩层变形破坏时空演化特征试验研究

采用相似模拟实验方法进行采空区工作面顶板垮落过程中上覆岩层变形破坏试验研究。以CCD相机构建实验图像数据采集系统,采用数字散斑相关方法对上覆岩层位移场和垮落角进行了分析,研究了上覆岩层垮落区域裂隙演化、位移演化及偏态特征。研究结果表明:工作面顶板垮落过程中上覆岩层垮落角角度随垮落区域形状不断变化,垮落高度逐渐减小直至平稳,垮落面积逐渐增大直至平稳;在竖直方向上,上覆岩层垮落带呈宽缓的W型沉降、裂隙带和弯曲下沉带呈V型沉降;在水平方向上,下部上覆岩层向两侧移动、上部岩层向中间移动,造成各岩层间发生摩擦滑动,并对两侧未开挖区域及煤柱产生弯矩作用;工作面顶板跨落后形成偏态,开切眼侧垮落角大于开采侧垮落角,并在开采侧形成岩移角,开切眼侧的下沉曲线较陡、工作面侧下沉曲线较缓。根据实际工程背景,计算了地表塌陷影响范围,为煤矿开采对上覆岩层影响范围和程度以及后续采空区治理等问题评估提供了必要依据。     

光测方法在岩石力学实验观测中的应用述评

综述了常用光测方法在岩石力学实验观测中的应用,总结了这些光测方法相对于岩石力学中常用的其他方法的特点。最后在分析岩石力学实验观测新趋势的基础上,指出发展一种以数字散斑相关方法(DSCM)为基础的岩石力学观测系统,将可以满足岩石力学观测中的新的需要。     

岩土工程数字照相量测软件系统研发与应用

为便于数字照相变形量测(DPDM)技术在岩土工程中的应用与推广,研究开发一套完整的数字图像分析与结果可视化后处理软件包。首先,根据观测目标上是否使用人工量测标志点,将DPDM分为两大类:标点法和无标点法,针对岩土类材料局部化变形特性,提出旋转加平动的图像相关分析三步搜索算法;然后说明基于等参四边形单元的坐标转换与变形解释方法,并介绍DPDM软件包的主要功能,讨论图像采集、量测精度、适用范围等应用关键问题。软件系统可为砂土、黏土、钢筋混凝土、岩石等岩土工程常用材料的数字照相变形全程观测、演化过程以及局部化分析提供有力支持。最后,给出一个应用实例——侧向受荷桩模型试验。     

高聚物粘结炸药模拟材料动态变形破坏的实验研究

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)加载装置对高聚物粘结炸药(PBX)模拟材料进行动态拉伸和压缩加载。利用高速摄影装置记录材料动态变形破坏过程,结合数字散斑相关技术,对不同加载条件下的位移场和应变场进行了分析,对PBX模拟材料动态变形破坏现象和机理进行了分析。实验结果和理论分析基本吻合,验证了数字散斑相关方法用于PBX模拟材料动态测量的可行性。     

基于CT图像的混凝土单轴压缩裂隙与应变场分析

利用X射线计算机层析术(CT)对混凝土试件单轴压缩过程进行原位扫描,获得了不同荷载下试件的CT图像.通过对CT图像进行分析,获得了灰度均值及其均方差、孔隙率和计盒维数随荷载变化的规律.结合数字体散斑法(DVSP)获得了试件内部三维位移场与应变场.结果表明:试件内部不同尺度裂隙的发展导致灰度均值及其均方差、孔隙率和计盒维数发生相应的变化,灰度均值及其均方差可以揭示小于CT尺度裂隙的发展规律,孔隙率和计盒维数更适用于描述大于CT尺度裂隙的特征.试件内部的位移场与应变场能够直观地揭示出小于CT尺度微裂隙引起的应变局部化区域的产生及发展过程,为混凝土细观破坏机理研究提供了新方法.     

基于数字相关技术的铝合金航天结构件缝隙测量研究

对铝合金航天结构件受载情况下端框铆接缝隙变化测量进行研究,搭载静力试验模拟航天器飞行过程中的典型最严酷的载荷环境,采用三维数字相关技术进行测试某铆接界面缝隙变形情况,并将三维数字相关技术测量数据与塞尺进行对比,试验数据表明:三维数字相关技术用于缝隙测量,精度高,且测量可实现实时监测。     

基于三维匹配块的SAR图像相干斑抑制研究

合成孔径雷达(SAR)图像中存在相干斑噪声,不能准确反映照射区域的散射特性,增加了信息提取的难度。三维匹配块(BM3D)算法是在变换域中的稀疏表示,将相似的图像块分到一个三维空间中,从而达到去噪的目的。通过对噪声模型特征的分析及参数设置,将适用于加性噪声模型的BM3D算法应用到乘性噪声中。采用仿真与传统方法对比表明,利用BM3D算法抑制相干斑噪声,其边缘保持指数达到了0.484 5,在降噪的同时又较好地保存了图像的细节特征,验证了算法的有效性。     

激光干涉在蜂窝夹心层板振动模态测量中的应用

采用激光电子散斑干涉测量技术(electronic speckle pattern interferometry,简称ESPI)对悬臂矩形损伤蜂窝夹心复合板稳态振动下的振型进行了实验研究。通过完整试样的振型测量结果与有限元模拟均匀悬臂金属板结构振型的类比,验证了有关蜂窝夹心复合材料具有横观各向同性假设的观点,获得了悬臂矩形蜂窝夹心复合层板前14阶离面振动模态的振型图。实验结果表明,结构的损伤导致其局部刚度改变,使得共振频率减少,损伤对其高阶振型的形状改变较为明显,有时甚至是模态跃迁。