核心内容摘要
苍月之下，倾诉千年：一场关于月光的诗意漫游
前言裂缝是混凝土结构承载过程中的重要状态表征参数。
由于其复杂的组成和力学机理对混凝土的变形特征、应变分布和裂缝扩展进行细致研究具有一定的困难和挑战。
传统应变片和位移传感器的位置和数量受到空间的限制。
超声波、声发射、射线探测、光纤光栅等方法难以对裂纹进行定量分析。
因此亟需一种新方案来研究混凝土结构变形和裂纹特性。
新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统能够实现非接触全场裂纹的全自动、高精度测量。
它通过获得散斑图的位移并对数据进行平滑处理利用相关算法计算试件的应变并基于数字图像处理规则检测裂纹的大小、长度、方向等特征为混凝土加载实验提供一种全面、可靠、精确的裂纹测量手段。
DIC技术应用与创新点
基于主应变场的裂纹检测使用新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统进行裂纹扩展试验可基于主应变场的裂纹定位混凝土开裂使位移场出现梯度时, 开裂处的主虚应变增大。
DIC软件通过分析主应变场中由于开裂而产生的特征可实现裂缝的全场定位。
大视野全场应变测量XTDIC三维全场应变测量系统支持内、外参数分离的标定方式解决混凝土横梁结构大视野下的标定难题为使所有图像在单
统一的坐标系统中排列从而进行重建可指定一个摄像机的局部坐标系统作为主要参考。
多相机三维数字图像相关对于大尺寸混凝土梁的变形测量, 使用多相机组成的相机网络, 可以保证大尺寸全场变形测量分辨率与测量精度。
基于编码点的多相机外参统一混凝土横梁加载实验
试件与加载标准钢筋混凝土矩形梁试件底部配筋。
安装于万能试验机上进行三点弯曲加载采用位移控制模式模拟准静态加载。
试样准备在混凝土梁观测面侧面喷涂高对比度、细密、随机的黑白散斑图案作为DIC跟踪的纹理特征。
混凝土横梁制作散斑图样
数据采集试验机加载过程中XTDIC三维全场应变测量系统与加载控制系统同步触发按预设载荷同步采集左右相机图像序列。
DIC技术应用与分析
全场位移与应变场获取DIC软件对采集的图像序列进行处理通过匹配左右视图和追踪散斑点的运动计算试件表面全场三维位移场和全场应变场。
结果呈现生成各加载阶段如开裂荷载、屈服荷载、极限荷载附近及之后的彩色云图直观显示梁表面位移分布和应变特别是主应变、最大拉应变集中区域。
关键点位移与应变曲线在DIC软件中沿梁跨中底部最大弯矩处、裂缝预期路径如弯剪段、钢筋位置上方等关键位置定义虚拟的点或路径。
数据提取提取这些关键点在所有加载步中的三维位移如跨中挠度和应变如梁底最大拉应变数据。
曲线绘制荷载-位移曲线绘制试验机记录的荷载与DIC系统测得的跨中挠度曲线。
荷载-应变曲线绘制荷载与关键点如梁底中心点的应变曲线。
这些曲线能清晰反映开裂点识别荷载-应变曲线在混凝土抗拉强度达到时出现明显的转折点或突变应变释放比荷载-位移曲线更敏感地指示初始裂纹萌生。
裂缝发展阶段曲线斜率变化反映刚度退化与裂缝稳定扩展、快速扩展阶段对应。
横梁加载位移与裂纹分析
横梁加载点处位移分析位移/应变场解算在DIC软件中提取横梁左右两侧相同点位置绘制出该点位移和应变的曲线图2号点位移曲线3号点位移曲线
横梁跨中处位移分析位移/应变场解算在DIC软件中提取横梁取跨中处关键点绘制出该点位移的位移曲线图0号点位移曲线1号点位移曲线
裂纹宽度测量与扩展分析原理DIC计算得到的全场三维位移场是测量裂缝宽度的基础。
方法
裂缝识别基于最大主应变云图或位移不连续区域在DIC软件中识别并定义裂缝路径。
点对设置在已识别的裂缝两侧垂直于裂缝方向定义一组或多组虚拟点对。
点对的初始间距在未开裂状态或参考图像中确定。
宽度计算DIC软件可自动计算沿裂缝路径上多点对的宽度值。
宽度演变曲线绘制特定位置如跨中裂缝最宽处或沿裂缝长度的平均裂纹宽度随荷载或时间挠度变化的曲线。
可绘制不同位置裂缝的宽度曲线进行对比。
横梁加载裂纹解算在DIC软件中取横梁左右两侧裂纹位置的关键点将该点数据导出可绘制出该点点距离的绝对值曲线图。
6号点距曲线13号点距曲线DIC技术应用价值
非接触、全场、连续无需接触裂缝边缘可在加载过程中连续、自动地测量沿裂缝路径任意位置的宽度。
高精度与分辨率精度可达亚像素级通常优于
01mm分辨率取决于散斑大小和相机分辨率。
量化扩展过程精确记录裂缝从微张开到宏观扩展的全过程捕捉裂缝宽度随荷载增长的规律线性、非线性加速等。
评估配筋与材料影响通过对比不同配筋率、不同混凝土强度或掺合料的梁DIC数据可定量分析这些因素对裂缝间距、宽度、扩展模式的影响为优化设计和材料选择提供依据。
应用
总结新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统可以实无损、连续地监测混凝土结构加载全过程精确识别初始开裂点和位置直观呈现全场位移和应变演变揭示裂缝萌生与扩展机理自动、定量、连续地测量沿裂缝路径的宽度及其发展。
DIC技术可提供丰富、精准的实验数据可用于深入理解混凝土结构破坏机理、验证和改进理论模型、指导工程设计与评估为提升结构安全性和耐久性提供重要的数据依据。