基于数字图像技术的混凝土细观层次力学建模

基于数字图像技术和MATLAB图像处理工具,重点研究了二维混凝土截面照片的骨料边界提取技术,进而在细观层次进行混凝土断裂损伤分析。取混凝土照片样本对分段变换、中值滤波及开闭运算等方法进行参数分析,得到了图像处理的最优参数。应用最优参数对原始数字图片重复上述操作,并采用canny方法进行边缘检测,得到了与图片相近的骨料边界。基于商业软件ABAQUS对边界提取结果建立混凝土细观有限元分析模型,提出面积级配曲线,并按此曲线分别生成与真实骨料模型相似的圆形骨料模型和任意凸多边形模型,对三种骨料模型的四点弯拉和轴拉断裂过程进行非线性有限元分析。计算分析表明：面积级配能够较好的反映骨料模型之间的相似性;骨料分布越均匀,承载能力越高;多边形骨料模型加载的软化段离散性较大;对于形状为非圆滑类骨料,多边形骨料模型的软化段与真实骨料模型具有更好的相似性。     

基于细观尺度模型的碾压混凝土 重力坝力学分析研究

碾压混凝土具有不同于常态混凝土的材料力学特性,传统的宏观力学模型难以揭示其内部力学行为。文章利用细观力学、统计学和有限元理论等相关理论和方法,以辽宁猴山水库碾压混凝土重力坝为例,建立基于细观尺度的碾压混凝土大坝受力分析方法,并对大坝的层间结合面进行等效分析,认为层间结合面为大坝坝体的薄弱环节,而碾压混凝土层厚度的增大有利于水平切应力的增加,对保证大坝安全更为有利。     

基于数字图像处理的混凝土细观有限元建模

将混凝土看成由水泥砂浆、粗骨料及两者之间的界面组成的三相复合材料。采用MATLAB图像处理工具,选取窗口大小为5×5的像素矩阵对二值图像进行中值滤波处理,然后以结构元素形状为disk、结构半径为2的像素矩阵进行图像形态学处理,最后对图像进行边缘检测以提取二维混凝土骨料边界。基于8连通区域的图像轮廓跟踪算法,运用几何矢量转换技术得到混凝土细观结构图,并在有限元软件ANSYS中对细观数值模型进行了加载试验。结果表明,用该方法得到的细观数值模型与原图像吻合好,可真实地研究混凝土在宏、细观方面的力学性能。     

基于细观力学全级配混凝土梁弯拉试验的数值模拟

在细观层次上将全级配混凝土梁的跨中区域看作是由硬化水泥砂浆,粗骨料及两者间的粘结带构成的三相复合材料,采用位移控制的加载有限元程序对全级配混凝土梁的弯拉实验进行了数值模拟。数值试验结果表明:(1)对于同样尺寸的试件来说,三级配和四级配梁计算所得的极限荷载和抗弯强度基本接近。(2)对于同样级配的试件来说,截面尺寸大的梁计算所得的极限荷载远高于较小尺寸的极限荷载。(3)其它参数一定的情况下,粘结带抗拉强度每提高12.5%,全级配混凝土梁的极限荷载和抗弯强度提高约10%。     

混凝土三维细观力学模型分析

混凝土的级配及骨料含量对其宏观力学特性有直接影响,选择合适的骨料模型是进行混凝土细观力学数值模拟的前提,在三维随机凸多面体骨料模型的基础上选择合适的试件模型并进行有限元剖分,利用并行计算技术分别对湿筛混凝土试件三维球形骨料和凸多面体骨料细观模型进行了静载弯拉破坏数值模拟对比计算.计算结果表明,三维凸多面体骨料生成算法是可行的,能够满足混凝土三维细观力学模拟的需要.     

基于背景网格的混凝土细观力学预处理方法

为提高混凝土细观力学预处理的效率与骨料投放含量,并适应不同体积、不同骨料含量混凝土的细观数值模拟要求,本文提出了一种新的预处理方法。该方法在骨料投放阶段,首先形成投放区域的背景网格以及对应网格点的状态矩阵,用以进行骨料的投放定位以及骨料间相互侵入的判定,提高了投放的效率和骨料含量;其次,在细观有限元剖分阶段,利用已有的背景网格状态矩阵完成混凝土细观三相介质的坐标生成,简化了预处理过程。同时,采用分级配随机投放的方式,可保证投放的随机性以及级配分布的合理性。实例证明,该方法实现的二维投放骨料含量可达到80％,三维可达到60％,为细观混凝土数值模拟的预处理提供了一种有力的工具。     

基于背景网格的混凝土细观力学预处理方法

为了提高混凝土细观力学预处理的效率与骨料投放密实度，以适应不同体积、不同骨料含量混凝土的细观模拟要求，本文提出了一种新的预处理方法。该方法在骨料投放阶段，首先形成投放区域的背景网格以及对应网格点的状态矩阵，用以进行骨料的投放定位以及骨料间相互侵入的判定，提高了投放的效率和密实度；其次，在细观有限元剖分阶段，利用已有的背景网格状态矩阵完成混凝土细观三相介质的坐标生成，简化了预处理过程。此外，采用分级配随机投放的方式，可保证投放的随机性以及级配分布的合理性。实例证明，该方法实现的二维骨料投放密实度可超过80%，三维可超过60%，为细观混凝土数值模拟的预处理提供了一种有力的工具。     

混凝土细观力学研究进展及评述

本文介绍了混凝土细观力学的研究方法,总结了到目前为止在细观层次上对混凝土实验研究和数值模拟的研究成果,详细分析讨论了格构模型、随机骨料模型和随机力学特性模型3种细观力学数值模型的优缺点。目前混凝土细观力学的研究主要集中对细观数值模型的研究,已建立起来的细观数值模型仍待完善,同时尚缺乏系统的各相材料力学特性参数试验测定成果。用细观力学数值模拟取代部分试验任务还要做很多工作。     

基于细观力学模型的三级配混凝土立方体试件单轴损伤数值分析

为分析混凝土细观结构在单轴荷载作用下的损伤演化过程,研究混凝土单轴破坏的宏观力学性能,基于细观力学模型,采用Marazs损伤模型描述混凝土内部各相材料的本构关系,通过数值实验分析三级配混凝土立方体试件单轴破坏的宏观力学性能。数值实验结果表明：混凝土试件在单轴荷载作用下的损伤断裂是由于内部的初始损伤不断累积演变的结果,其数值实验的最终破坏形态与宏观层次上的破坏形态基本相似,粗骨料分布、粘结层厚度、粘结层和基体强度对混凝土宏观破坏具有一定的影响,说明该方法对混凝土细观结构破坏机制的分析合理、可靠。     

基于细观层次的混凝土随机骨料建模

在细观层次上,将混凝土视为由骨料、砂浆和二者之间的界面层构成的三相复合材料,而界面层是混凝土的最薄弱环节,也是混凝土抗拉强度低的主要原因。基于MATLAB软件生成圆形、多边形和椭圆形3种随机骨料模型,并生成一定厚度的骨料界面层,结合有限元软件ABAQUS划分界面层单元,建立二维混凝土细观数值模型。通过算例表明骨料投放算法简单,模型真实可靠。通过引入界面层并对其进行网格剖分,对多边形骨料模型进行单轴拉伸试验,得到的应力-应变曲线基本符合宏观混凝土单轴拉伸试验结果,为后续研究混凝土的损伤断裂机理提供了数值模拟基础,并且有效地解决了MATLAB,AUTOCAD和有限元软件之间的接口问题。数字模拟生成的多边形骨料分布情况占有率与真实骨料最接近,可用作混凝土的损伤断裂机理分析。     

基于图像处理技术的混凝土碳化深度测量

针对现有混凝土碳化深度测量方法（直尺测量法）的不足,提出了一种新的测量方法.首先比较了照相机和普通扫描仪的不同工作原理和图像获取效果,介绍了利用专用扫描设备获取混凝土试件碳化图像的具体方法;对比RGB与HSV模式图像各通道的灰度直方图,给出了利用色相灰度图测量碳化深度的思路;并基于Matlab软件开发了相应的GUI程序,方便地实现了对图像的读入、裁剪、旋转、灰度处理、碳化深度测量及数据导出.为验证新方法的可靠性,分别采用常规测量与色相灰度图测量方法对多个试件的碳化深度进行测量并比较.结果表明,新方法不仅测量值准确,能有效减小人为误差、提高精度,而且在操作上具有明显的便利性并可大大减少试验工作量.因此,该种基于专用扫描设备获取混凝土试件碳化图像结合色相灰度图测量碳化深度的新方法,可以用于混凝土碳化深度测量,并且操作方便、测量结果可靠.     

基于CT图像处理技术的混凝土损伤演化研究

采用X射线CT技术对单轴受压作用下的混凝土试件进行实时扫描观测,获得了混凝土试件的裂纹开裂、扩展、贯通的全过程图像。运用7种不同的方法分析了混凝土损伤演化全过程。分析结果表明,X射线CT是研究混凝土细观结构的有效方法,可以定性和定量分析混凝土细观结构损伤演化全过程;采用聚类分析算法,避免了由于窗宽和窗位不同引起的人为误差,真实地反映了混凝土细观结构,并较好地识别了粗骨料、砂浆和孔隙;通过差值算法得到的裂纹图像具有较强的直观性,有效地提取了裂纹;利用裂纹区像素点个数的变化代替CT数平均值,可以很好地反映混凝土损伤发展状态,当裂纹迅速扩展时,混凝土裂纹区像素点的个数发生了量级上的变化。     

水工模型试验中测压排测值图像数字处理方法

时均压强在水力学模型试验研究中是一项非常重要的数据参数。测压排是水力学模型试验中测量时均压强最直观最经济的一种测量工具。本文结合白鹤滩大型水电站泄洪消能的对比方案进行物理模型试验,开发了以测压排时均压力测量系统为基础的数字图像处理程序,从原始的实测图像中的坡度值入手,设计了一种更为便捷可行的数据自动读取方法,通过在软件平台上进行工具模块的集成,从而达到批量化自动处理测压管水头数据,得到时均压强结果的目的。经过应用实例的检测表明：数字图像处理技术较好的解决了传统方法人工读数工作量大的问题,而且切实可行、高效。     

基于数字图像处理的土石坝坝料合格性智能检测方法

土石坝坝料的合格性检测通常是通过判断现场筛分试验获得的级配参数是否满足设计要求来实现的,然而通过筛分试验获取级配参数的方法存在采样率低,操作过程繁琐,智能感知程度差等缺点以致检测结果代表性差。为了提高坝料级配参数的智能检测程度,依托辽宁某电站现场挖坑检测位置处的图像和级配数据,采用融合空间信息的直觉模糊C均值聚类(SIFCM)算法进行土石坝料数字图像的分割,并利用等效椭球体积的方法实现了土石坝料的三维体积重构,进一步通过基于BP神经网络的级配修正模型修正后,得到真实条件下的坝料全级配特征曲线,进而获得评价坝料合格性的4个指标：最大粒径、P5含量、曲率系数C_c和不均匀系数C_u。实际工程应用表明,本文建立的基于SIFCM＿BP算法的坝料级配特征智能识别修正模型具有较高的识别精度,本文方法为大坝碾压施工前坝料合格性快速判别与施工过程中坝料压实特性的实时评价提供了重要支撑。     

图像处理技术在泥沙粒径分析中的应用

基于数字图像处理技术的泥沙粒径分析是近年发展起来的一种新方法。传统分水岭分割方法直接作用于梯度图像,受图像噪声、目标的细小边缘及纹理等因素影响,测量精度会相对降低。通过标记重构和区域合并对传统分水岭分割法进行优化,提出改进算法。基于实测数据,围绕数字图像处理相关技术,借鉴其他领域图像分析设备和方法,以数码单反相机和Image J2x图像处理软件为基础,建立一套泥沙图像粒径分析系统。采用图像法、机械筛分法和激光分析法分别对同一批沙样进行粒径测定。对测定结果进行的分析表明数字图像处理技术可较好地用于泥沙粒径分析。     

利用数字图像处理技术测量浓度场的实验研究

利用数字图像处理技术是当前研究环境污染物扩散机理的重要手段。该文通过水槽实验,分析了污染物图像的灰度与污染物的浓度、光源的距离以及排放口所在水深的关系,并建立了污染物浓度与图像灰度关系的方程。利用该方程对射流在横流中测量的图像进行了浓度场计算,得到的结果与实际情况吻合较好,因此,该方法能广泛应用于物质扩散机理的研究。     

基于图像处理的泥沙轮廓提取对比分析

利用数字图像处理技术对拍摄的泥沙颗粒图像进行处理,提取泥沙颗粒轮廓及位置坐标,为实时测量推移质输沙率提供了基础。本文基于数字图像处理技术,阐述了图像轮廓提取的一些基础知识,介绍了三种常用的图像轮廓提取方法,展示了这三种方法轮廓提取的效果,并进行了对比分析,结果表明当所处理的图像包含不同粒径的泥沙颗粒时,边缘检测算法提取的泥沙颗粒数量效果最好。     

数字图像处理在结构优化结果提取中的应用

结构优化结果的提取和应用主要考虑如何有效地将优化结果转化为可用的CAD模型,实现CAE和CAD之间的数据共享和模型转换。基于数字图像原理提取轮廓范围及像素点坐标,根据相邻点坐标计算离散曲率,并根据曲率值对构件的边缘形状进行分类,得到拓扑优化结果。该方法提高了拓扑优化结果的精度和可用性及提取的效率,减少了人为因素的干扰,提取的模型更符合实际,有助于更好地理解和分析拓扑优化结果,对拓扑优化后处理的结果提取轮廓重构及成果应用有一定参考作用。     

数字图像处理技术在地震CT申的应用

地震层析成像技术是通过观察地震波在岩体中的走时，反演观测区域波速分布的图像，以解决地质问题。层析成像处理后重建的图像，既包括了一些观测过程中的噪声，又包括了重建过程中的噪声。应用数字图像处理技术，可以改善图像的质量，突出图像中的有效信息，提高地震ＣＴ技术的应用效果。此法用于处理三峡工程和乌江构皮滩水利枢纽地质剖面资料，取得了较好的地质成果。