CN114216820B - 一种识别三维颗粒体系内部力链的装置及方法 - Google Patents
一种识别三维颗粒体系内部力链的装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114216820B CN114216820B CN202111519343.5A CN202111519343A CN114216820B CN 114216820 B CN114216820 B CN 114216820B CN 202111519343 A CN202111519343 A CN 202111519343A CN 114216820 B CN114216820 B CN 114216820B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- particles
- force
- particle
- identifying
- dimensional
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 189
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims abstract description 52
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 33
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 claims description 30
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 claims description 30
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 claims description 30
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 22
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000011236 particulate material Substances 0.000 description 2
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 2
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 2
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 2
- 230000005483 Hooke's law Effects 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本发明提供了一种识别三维颗粒体系内部力链的装置及方法。该装置包括：水平仪，用于放置实验盒；设置在水平仪上的激光器，用于在相机拍摄前打开激光，使激光面与实验盒内壁重合；设置在水平仪一侧的压力试验机，用于向实验盒内的颗粒施加依次增大的压力或者施加依次减小的压力；连接水平仪的相机，相机用于拍摄颗粒的图像；所述水平仪、激光器、压力试验机和相机均与计算机连接；计算机用于根据相机拍摄的图像，得到颗粒体系的三维形态，进而识别力链。
Description
技术领域
本发明属于细微观领域，具体涉及一种识别三维颗粒体系内部力链的装置及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
颗粒间力的传播路径(即力链)，决定着颗粒物质宏观及微观的力学性质。近年来，研究人员通过各种方法对颗粒受力进行研究。Sanfratello研究了二维光弹颗粒体系中力链长度的分布，并得到力链的长度随施加力的变化呈指数衰减的规律。Young-Hoon Jung使用光弹性测量技术对二维颗粒中的受力情况及力的传递过程可视化，并且对力的大小进行定量测量。Tordesillas用离散元模拟方法对二维颗粒材料的受力及变形情况进行了研究，得到：颗粒内部的力链屈曲会引起颗粒宏观上的剪胀现象。苗天德采用铝塑板技术和复写纸技术相结合，通过实验详细研究了球形颗粒堆积体在不同六角密排的情况下受集中力时，底部力分布的形状、特点以及形成的原因；根据力的传递模型，对多种排列形式的颗粒堆积体的传递力的情形进行了分析，定义了主要力链和非主要力链并对主要力链进行深入的研究，对晶体底部受力区域最外层钢珠的受力情况进行了解释。杨荣伟等借助光弹实验手段和数字图像处理方法，通过研制的直剪仪，初步探讨了两种混合直径颗粒光弹材料在二维直剪作用下，颗粒几何结构和平均强度力链分布之间的关系。利用DIC对来处理光弹实验的结果，研究了颗粒材料的平均受力的特点，并对平均强度力链的方向分布做了进一步阐述。孙其诚、王光谦等从接触力、能量分布和接触网络结构特点出发，采用严格的球形颗粒Hertz法向接触理论和Mindlin-Deresiewicz切向接触理论，通过模拟试验研究了颗粒物质受力时的性质，提出颗粒物质具有多尺度特性，并对颗粒物质的宏观、细观和微观尺度上的规律做了统计分析；提出了颗粒间关于强力链的大小和角度的判据，对压入试验中的力链演变规律及其长度的分布现象进行了研究。
可见，目前对于颗粒体系力链的研究大多数都还处在二维层面，缺少对第三个维度即材料内部的研究。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种识别三维颗粒体系力链的装置及方法，本发明通过层析法集合折射率匹配，实现对三维颗粒体系内部力链传递的研究。
根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：
第一个方面，本发明提供了一种识别三维颗粒体系内部力链的装置。
一种识别三维颗粒体系内部力链的装置，包括：
水平仪，用于放置实验盒；设置在水平仪上的激光器，用于在相机拍摄前打开激光，使激光面与实验盒内壁重合；
设置在水平仪一侧的压力试验机，用于向实验盒内的颗粒施加依次增大的压力或者施加依次减小的压力；
连接水平仪的相机，相机用于拍摄颗粒的图像；
所述水平仪、激光器、压力试验机和相机均与计算机连接；计算机用于根据相机拍摄的图像，得到颗粒体系的三维形态，进而识别力链。
第二个方面，本发明提供了一种识别三维颗粒体系内部力链的方法。
一种识别三维颗粒体系内部力链的方法，采用第一个方面所述的识别三维颗粒体系内部力链的方法，包括：
将调试颗粒放入实验盒，调配蔗糖溶液，并将蔗糖溶液注入实验盒中；
不断改变实验盒中蔗糖溶液的浓度，直到蔗糖溶液的折射率与调试颗粒的折射率相同；
取出实验盒中的调试颗粒和蔗糖溶液；
将实验颗粒放入实验盒中，并注入蔗糖溶液及荧光材料；
将放好实验颗粒和蔗糖溶液的实验盒放置在试验台上，并将压头安装在压力试验机上；
压力试验机启动，当压头即将接触到实验盒时，降低压力试验机速度；
当压头将要接触到实验颗粒时，压力试验机暂停；激光器开启，使激光面与实验盒内壁重合；
以设定的速度启动水平仪，同时使相机拍摄实验颗粒的整体图像；
向实验盒内的实验颗粒施加依次增大的压力，重复激光器扫描和拍摄的过程；直到达到设定的压力值，再向实验盒内的实验颗粒施加依次减小的压力，重复激光器扫描和拍摄的过程；
根据相机拍摄的图像，得到颗粒体系的三维形态，进而识别力链。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明设计的装置结构简单，成本低，可以精确的实现力链的识别。
本发明通过层析法集合折射率匹配，实现对三维颗粒体系内部力链传递的研究。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明示出的识别三维颗粒体系内部力链的装置的结构图；
图2是本发明示出的识别三维颗粒体系内部力链的装置的模拟结构图；
图3(a)是本发明示出的相机记录的切片图一；
图3(b)是本发明示出的相机记录的切片图二；
图4是本发明示出的三维重构结果示意图一；
图5是本发明示出的三维重构结果示意图二；
图6(a)是本发明示出的第1至5层颗粒放置示意图；
图6(b)是本发明示出的第一次实验颗粒排放现场效果图；
图7(a)是本发明示出的第1、3、5层颗粒放置示意图；
图7(b)是本发明示出的第2、4层颗粒放置示意图；
图7(c)是本发明示出的第二次实验颗粒排放现场效果图；
图8是本发明示出的颗粒间接触的受力分析图；
图9是本发明示出的CCD相机记录下每一层上颗粒体系的图像；
其中，1、计算机，2、相机，3、连接件，4、水平仪，5、实验盒，6、压力试验机，7、激光器，8、水平仪控制器，9、计算机。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明中，术语如“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
实施例一
本实施例提供了一种识别三维颗粒体系内部力链的装置。
一种识别三维颗粒体系内部力链的装置，包括：
水平仪4，用于放置实验盒5；设置在水平仪4上的激光器7，用于在相机2拍摄前打开激光，使激光面与实验盒5内壁重合；
设置在水平仪4一侧的压力试验机6，用于向实验盒5内的颗粒施加依次增大的压力或者施加依次减小的压力；
连接水平仪的相机2，相机2用于拍摄颗粒的图像；
所述水平仪4、激光器7、压力试验机6和相机2均与计算机1或9连接；计算机1或9用于根据相机2拍摄的图像，得到颗粒体系的三维形态，进而识别力链。
具体地，本实施采用以下技术方案实现，如图1所示：
一种识别三维颗粒体系内部力链的装置包括：计算机1和9、相机2、连接件3、水平仪4、实验盒5、压力试验机6、激光器7、水平仪控制器8。
首先通过光学手段，将研究材料(颗粒体系)切片，并利用CCD相机记录下每一层上材料的图像(见图2)。之后利用软件将这些二维图片重构还原成三维(见图3(a)、图3(b))，此即本组图片拍摄时(视为一瞬时)颗粒体系的三维形态。然后启动压力机，对颗粒体系分级加载，每加载完一级即重复之前的拍摄步骤，得到此瞬时颗粒体系的三维形态数据(如图4、5所示)。最后对各时期颗粒体系的三维形态做DVC处理，以得到整个加载过程中，颗粒体系的力链。
要得到颗粒体系的力链分以下四步：(1)对三维重构之后的颗粒体系进行分析，定位颗粒体系中每个颗粒球的球心和半径，并画出球；(2)计算颗粒排列结构，得到每一个接触点的坐标；(3)计算颗粒间接触力；(4)通过对每个颗粒的位移、移动角度以及接触力进行搜索，判断位移是否小于位移阈值，移动角度是否小于角度等，以识别力链。
上述第一步在Avizo软件重构完成之后，每个颗粒的球心坐标和半径即可导出。之后将这些数据导入matlab，即可计算出接触点坐标。
颗粒虽然被假设成刚性，但是为了模拟颗粒的变形特征，允许颗粒间产生一定的重叠量来反应颗粒的接触变形，因此颗粒间的接触力可以通过颗粒间的重叠量求得。当颗粒间无重叠时，这两个颗粒无接触，接触力为零，当两颗粒有重叠时，两颗粒间的接触力为排斥力。假设任意两颗粒i、j其半径大小为ri、rj，两颗粒的中心矢量为ri、rj，如图8所示。则两颗粒中心的距离大小可表示为：
rij＝|ri-rj|
两颗粒间的重叠量δij可表示为：
δij＝ri+rj-rij
一般来说，在离散元颗粒接触模型中，要求反映变形特征的重叠量δij要远远小于颗粒的尺寸。当两颗粒发生碰撞时，其部分动能在碰撞过程中，通过内部摩擦、弹性波以及弹塑性变形而耗散，因此，可以通过在接触点处引入线性弹簧和粘性阻尼器来描述这个过程。用接触颗粒间的重叠量表征弹簣的形变，这样颗粒间的接触变形可以用弹簧的变形来表征，而碰撞过程中的能量耗散可以通过阻尼器的作用来反映。当两颗粒发生碰撞时，法向接触力可表示为：
其中kn为法向弹簧刚度系数，dn为法向阻尼系数，nij为接触点处法向单位矢量，vn,ij为碰撞过程中的法向相对速度，nij、vn,ij可以分别表示为：
在我们的实验中，由于施压速度慢，可以认为两颗粒碰撞时相对速度为零。即当δij<0时，
Fn,ij＝-knδijnij
也即胡克定律。之后对全场每一对接触的颗粒做上述计算，即可得到全场颗粒间接触力。
对于力链的识别主要有三种方法：(1)力识别：力链由法向接触力大于整个体系内法向接触力平均值(强接触)的颗粒组成；(2)位移识别：当相邻颗粒首尾相接发生较为一致的移动时，应力便会顺着此移动路径传递而形成力链；(3)角度识别：一条力链上的三个颗粒，两侧两颗粒相交于中间颗粒的两个法向接触力夹角要小于α＝π/c，c是中间颗粒的配位数。
我们可将三种方法结合：在提取了强接触后，能否成链主要取决于同一颗粒的两个法向接触力夹角是否小于α。α的物理意义是，如果一个颗粒有c个强接触，且分布均匀，以任一接触方向为轴作张角为2α的圆锥面，应有另一个接触落在锥内，如果没有则说明力的方向分布在该处不均匀，传递过来的力在此转向的可能性较大，即α是保证力链方向的阀值。之后再通过位移验证：前面通过DVC(Digital volume correlation，数字体图像相关方法)方法可以得到体系全场位移，也即可以容易得到每个颗粒球心处的位移值，所以考虑计算出某时刻的颗粒位移阈值，将大于位移阈值的颗粒认为是不构成力链或是从原来的力链上脱离出去的颗粒。
通过DVC分析，虽然可以取得试验中任意时刻颗粒体系的全场位移值，但是所计算出的位移值都是相对于颗粒体系的初始状态而言的，因此在计算颗粒位移阈值SC时，需要考虑体系的移动历史。综上，将颗粒位移阈值表达式表示为：
其中S1表示位移历史；A表示阈值系数，需根据实验测得；v是加载速度；F为外力；d为颗粒移动直径；P为外力压强，ρ为颗粒材料密度。
实施例二
本实施例提供了一种识别三维颗粒体系内部力链的方法。
一种识别三维颗粒体系内部力链的方法，采用实施例一所述的识别三维颗粒体系内部力链的方法，包括：
将调试颗粒放入实验盒，调配蔗糖溶液，并将蔗糖溶液注入实验盒中；
不断改变实验盒中蔗糖溶液的浓度，直到蔗糖溶液的折射率与调试颗粒的折射率相同；
取出实验盒中的调试颗粒和蔗糖溶液；
将实验颗粒放入实验盒中，并注入蔗糖溶液及荧光材料；
将放好实验颗粒和蔗糖溶液的实验盒放置在试验台上，并将压头安装在压力试验机上；
压力试验机启动，当压头即将接触到实验盒时，降低压力试验机速度；
当压头将要接触到实验颗粒时，压力试验机暂停；激光器开启，使激光面与实验盒内壁重合；
以设定的速度启动水平仪，同时使相机拍摄实验颗粒的整体图像；
向实验盒内的实验颗粒施加依次增大的压力，重复激光器扫描和拍摄的过程；直到达到设定的压力值，再向实验盒内的实验颗粒施加依次减小的压力，重复激光器扫描和拍摄的过程；
根据相机拍摄的图像，得到颗粒体系的三维形态，进而识别力链。
具体实验步骤如下：
1、将实验仪器按图3所示的位置摆放。
2、将调试颗粒(直径50mm)放入实验盒，调配蔗糖溶液，并将其注入试验盒。
3、不断尝试改变实验盒中蔗糖溶液的浓度，直到其折射率与颗粒相同。(验证折射率可以使用激光笔照射实验盒，当光线在液体与颗粒中的路径在一条直线时，说明此浓度下两者折射率相同)记住此时蔗糖溶液的浓度，以后实验可以直接调配。
4、从实验盒中取出调试颗粒以及蔗糖溶液。
5、将实验所用颗粒(直径20mm)规律放入实验盒中(见图6(a)、6(b))，并注入蔗糖溶液及荧光材料。
具体的，将实验所用颗粒体系放入溶液中，将研究颗粒体系切片，并利用CCD相机记录下每一层上颗粒体系的图像，如图9所示，之后先对图片进行预处理，再对其进行三维重构。本实施采用的图片预处理的方法为：采用matlab对图片进行预处理，得到二值化的图片。具体的过程为：首先将图片二值化；然后用‘canny’或‘sobel’两种算子对图片上颗粒的边缘进行识别；之后对其进行剔除空隙单元、腐蚀、膨胀及填充修补腐蚀后颗粒上的孔洞等操作，以得到标准的二值化颗粒图像。最后，用Avizo软件对批量执行完上述操作的图片进行重构。其重构原理是：将每张图片通过灰度值选中一部分区域即阈值分割，之后将选中的像素区域向上下扩张变为体素，最后一组内所有图片均由二维转化为三维即完成重构。在这里由于我们之前已经将图片做过二值化处理，因此阈值分割的选择上相对简单。
6、将放好颗粒及溶液的实验盒放置在试验机上，并在试验机上安装好压头。
7、启动试验机，当压头快要接触到实验盒时，调慢试验机速度。
8、当压头快要接触到颗粒时，暂停。打开激光器，使激光面与实验盒内壁重合。调整相机焦距，使画面清晰。
9、以0.5mm/s的速度启动水平位移台，同时按下相机拍摄键(相机拍摄速度1帧/秒)。120秒后颗粒整体被扫描完毕。
10、再次启动试验机，使压头接触到颗粒并对其施加压力。当压力达到50N时，暂停，启动水平位移台，对试件进行第二次扫描、拍照。
11、之后重复上述步骤，压力每增大50N，记录一次，直到压力达到500N。
12、开始卸载，压力每减少50N，记录一次，直到压头离开颗粒。
13、取出颗粒，将其按照图7(a)-图7(c)的方式摆放，重复上述步骤6～12，对第二个模型进行实验。
实验效果如下：
(1)第一次实验，水平方向受力较弱，主力链力沿竖直方向传递，即每一竖直列上的五个颗粒为一条力链。第二次实验，主力链沿与水平方向45°传递。
(2)两次实验最上方一层颗粒所受压力应该大致相同，即每个颗粒所受压力为总压力的九分之一。
本实验是可以模拟真实情况下颗粒体系受力的。之后就可以对不同尺寸、排布不规律的颗粒体系进行进一步实验，以测试一种更接近自然状态下的颗粒体系。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种识别三维颗粒体系内部力链的方法，其特征在于，包括：
将调试颗粒放入实验盒，调配蔗糖溶液，并将蔗糖溶液注入实验盒中；
不断改变实验盒中蔗糖溶液的浓度，直到蔗糖溶液的折射率与调试颗粒的折射率相同；
取出实验盒中的调试颗粒和蔗糖溶液；
将实验颗粒放入实验盒中，并注入蔗糖溶液及荧光材料；
将放好实验颗粒和蔗糖溶液的实验盒放置在试验台上，并将压头安装在压力试验机上；
压力试验机启动，当压头即将接触到实验盒时，降低压力试验机速度；
当压头将要接触到实验颗粒时，压力试验机暂停；激光器开启，使激光面与实验盒内壁重合；
以设定的速度启动水平仪，同时使相机拍摄实验颗粒的整体图像；
向实验盒内的实验颗粒施加依次增大的压力，重复激光器扫描和拍摄的过程；直到达到设定的压力值，再向实验盒内的实验颗粒施加依次减小的压力，重复激光器扫描和拍摄的过程；
根据相机拍摄的图像，得到颗粒体系的三维形态，对各时期颗粒体系的三维形态做DVC处理，进而识别力链；
所述识别力链的过程包括：
定位三维重构之后的颗粒体系中每个颗粒球的球心和半径，并画出球；
计算颗粒排列结构，得到每一个接触点的坐标；
计算颗粒间接触力；
通过对每个颗粒的位移进行搜索，判断位移是否小于位移阈值，若是，识别力链；
所述识别力链的方法还包括：
力链由法向接触力大于整个体系内法向接触力平均值的颗粒组成；
当相邻颗粒首尾相接发生较为一致的移动时，应力便会顺着此移动路径传递而形成力链；
一条力链上的三个颗粒，两侧两颗粒相交于中间颗粒的两个法向接触力夹角要小于α= π/ c，c是中间颗粒的配位数。
2.根据权利要求1所述的识别三维颗粒体系内部力链的方法，其特征在于，所述不断改变实验盒中蔗糖溶液的浓度，直到蔗糖溶液的折射率与调试颗粒的折射率相同的过程包括：采用激光笔照射实验盒，当光线在蔗糖溶液与调试颗粒中的路径在一条直线时，说明此浓度下蔗糖溶液的折射率与调试颗粒的折射率相同。
3.根据权利要求1所述的识别三维颗粒体系内部力链的方法，其特征在于，所述颗粒间接触力根据颗粒间的重叠量计算；当颗粒间无重叠时，这两个颗粒无接触，接触力为零；当两颗粒有重叠时，两颗粒间的接触力为排斥力。
4.一种识别三维颗粒体系内部力链的装置，采用权利要求1所述的一种识别三维颗粒体系内部力链的方法，其特征在于，包括：
水平仪，用于放置实验盒；设置在水平仪上的激光器，用于在相机拍摄前打开激光，使激光面与实验盒内壁重合；
设置在水平仪一侧的压力试验机，用于向实验盒内的颗粒施加依次增大的压力或者施加依次减小的压力；
连接水平仪的相机，相机用于拍摄颗粒的图像；
所述水平仪、激光器、压力试验机和相机均与计算机连接；计算机用于根据相机拍摄的图像，得到颗粒体系的三维形态，进而识别力链。
5.根据权利要求4所述的识别三维颗粒体系内部力链的装置，其特征在于，所述水平仪连接水平仪控制器，所述水平仪控制器用于控制水平仪的移动。
6.根据权利要求5所述的识别三维颗粒体系内部力链的装置，其特征在于，所述水平仪控制器连接计算机。
7.根据权利要求4所述的识别三维颗粒体系内部力链的装置，其特征在于，所述压力试验机上设有压头。
8.根据权利要求4所述的识别三维颗粒体系内部力链的装置，其特征在于，所述识别力链的过程包括：
定位三维重构之后的颗粒体系中每个颗粒球的球心和半径，并画出球；
计算颗粒排列结构，得到每一个接触点的坐标；
计算颗粒间接触力；
通过对每个颗粒的位移进行搜索，判断位移是否小于位移阈值，若是，识别力链。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111519343.5A CN114216820B (zh) | 2021-12-13 | 2021-12-13 | 一种识别三维颗粒体系内部力链的装置及方法 |
| PCT/CN2022/100215 WO2023109060A1 (zh) | 2021-12-13 | 2022-06-21 | 一种识别三维颗粒体系内部力链的装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111519343.5A CN114216820B (zh) | 2021-12-13 | 2021-12-13 | 一种识别三维颗粒体系内部力链的装置及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114216820A CN114216820A (zh) | 2022-03-22 |
| CN114216820B true CN114216820B (zh) | 2024-03-19 |
Family
ID=80701354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111519343.5A Active CN114216820B (zh) | 2021-12-13 | 2021-12-13 | 一种识别三维颗粒体系内部力链的装置及方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114216820B (zh) |
| WO (1) | WO2023109060A1 (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114216820B (zh) * | 2021-12-13 | 2024-03-19 | 青岛理工大学 | 一种识别三维颗粒体系内部力链的装置及方法 |
| CN117113792B (zh) * | 2023-10-23 | 2024-01-30 | 太原理工大学 | 一种基于edem提取滚磨光整加工三维力链网络的方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102494814A (zh) * | 2011-10-21 | 2012-06-13 | 清华大学 | 一种颗粒物质光弹试验仪 |
| CN104007047A (zh) * | 2014-06-17 | 2014-08-27 | 青岛理工大学 | 一种颗粒体系动力链的识别方法 |
| CN104316401A (zh) * | 2014-09-15 | 2015-01-28 | 浙江工业大学 | 一种基于二维数字图像相关法的颗粒物质应变测试装置 |
| CN106769436A (zh) * | 2017-03-01 | 2017-05-31 | 青岛理工大学 | 一种三维颗粒体系中颗粒间接触力计算与力链的识别方法 |
| CN107044940A (zh) * | 2017-06-02 | 2017-08-15 | 武汉大学 | 考虑空间约束状态的破碎试验装置 |
| JP2019106175A (ja) * | 2017-10-27 | 2019-06-27 | 江西理工大学 | Ｂｐｍ理論に基づくメゾの力チェーン粒子モデルの構築方法 |
| CN112595634A (zh) * | 2020-12-14 | 2021-04-02 | 青岛理工大学 | 一种三维颗粒材料的内部变形分析实验装置及方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108106973B (zh) * | 2017-12-18 | 2020-01-10 | 大连理工大学 | 一种基于透明光弹材料同时测量饱和颗粒介质应力和位移的方法 |
| CN114216820B (zh) * | 2021-12-13 | 2024-03-19 | 青岛理工大学 | 一种识别三维颗粒体系内部力链的装置及方法 |
-
2021
- 2021-12-13 CN CN202111519343.5A patent/CN114216820B/zh active Active
-
2022
- 2022-06-21 WO PCT/CN2022/100215 patent/WO2023109060A1/zh unknown
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102494814A (zh) * | 2011-10-21 | 2012-06-13 | 清华大学 | 一种颗粒物质光弹试验仪 |
| CN104007047A (zh) * | 2014-06-17 | 2014-08-27 | 青岛理工大学 | 一种颗粒体系动力链的识别方法 |
| CN104316401A (zh) * | 2014-09-15 | 2015-01-28 | 浙江工业大学 | 一种基于二维数字图像相关法的颗粒物质应变测试装置 |
| CN106769436A (zh) * | 2017-03-01 | 2017-05-31 | 青岛理工大学 | 一种三维颗粒体系中颗粒间接触力计算与力链的识别方法 |
| CN107044940A (zh) * | 2017-06-02 | 2017-08-15 | 武汉大学 | 考虑空间约束状态的破碎试验装置 |
| JP2019106175A (ja) * | 2017-10-27 | 2019-06-27 | 江西理工大学 | Ｂｐｍ理論に基づくメゾの力チェーン粒子モデルの構築方法 |
| CN112595634A (zh) * | 2020-12-14 | 2021-04-02 | 青岛理工大学 | 一种三维颗粒材料的内部变形分析实验装置及方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 基于DIC的3D打印不同构...取向成型试件的力学性能分析;张彬 等;液晶与显示;第36卷(第5期);全文 * |
| 基于颗粒流方法的端部放矿力链特性研究;韩连生; 杨宇江;金属矿山(第4期);全文 * |
| 陈凡秀 ; 王日龙 ; 郭鹏飞 ; 庄琦.颗粒体系力链识别及力链破坏影响因素分析.中国会议.2017,第3-4页，3.1节及图2. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114216820A (zh) | 2022-03-22 |
| WO2023109060A1 (zh) | 2023-06-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114216820B (zh) | 一种识别三维颗粒体系内部力链的装置及方法 | |
| Todisco et al. | Multiple contact compression tests on sand particles | |
| Kou et al. | Development of a YOLO-V3-based model for detecting defects on steel strip surface | |
| Kong et al. | Vision‐based fatigue crack detection of steel structures using video feature tracking | |
| Sahli et al. | Evolution of real contact area under shear and the value of static friction of soft materials | |
| CN111415329B (zh) | 一种基于深度学习的工件表面缺陷检测方法 | |
| Yang et al. | Image analysis method for crack distribution and width estimation for reinforced concrete structures | |
| Mede et al. | A medial axis based method for irregular grain shape representation in DEM simulations | |
| Cao | Numerical simulation of 3D ductile cracks formation using recent improved Lode-dependent plasticity and damage models combined with remeshing | |
| CN117451744B (zh) | 红外透镜的缺陷检测方法、装置、设备及存储介质 | |
| Jin et al. | Dynamic fracture of a bicontinuously nanostructured copolymer: A deep-learning analysis of big-data-generating experiment | |
| CN110147792A (zh) | 基于内存优化的药品包装字符高速检测系统及方法 | |
| Su et al. | Influence of particle morphology simplification on the simulation of granular material behavior | |
| Chaupal et al. | Matrix cracking and delamination detection in GFRP laminates using pre-trained CNN models | |
| Nedomová et al. | Hen’s eggshell strength under impact loading | |
| Tong et al. | A flexible deep learning framework for thermographic inspection of composites | |
| Pop et al. | J-integral evaluation in cracked wood specimen using the mark tracking method | |
| Yang et al. | Deep learning based structural damage identification for the strain field of a subway bolster | |
| Schmittbuhl et al. | Slow crack propagation and slip correlations | |
| Wei et al. | Investigation on the multimodal failure characteristics of cement mortar under uniaxial compression loading | |
| CN104007047A (zh) | 一种颗粒体系动力链的识别方法 | |
| Nakata et al. | Experimental data of 3D printed granular material for verification of discrete element modeling simulation | |
| Li et al. | Quantifying the sequential fine cracks of strain-hardening cementitious composites (SHCC): An automatic approach for temporal and spatial assessment | |
| Bai et al. | Automated Shape Analysis and DEM Study on Graded Crushed Stone | |
| Meng et al. | A detection method for bridge cables based on intelligent image recognition and magnetic-memory technology |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Chen Fanxiu Inventor after: Zhong Yichen Inventor after: Sun Jie Inventor after: Zhang Zhaojun Inventor after: Ma Qingyuan Inventor after: Liu Zhaoliang Inventor before: Chen Fanxiu Inventor before: Zhong Yichen Inventor before: Sun Jie Inventor before: Zhang Zhaojun Inventor before: Ma Qingyuan Inventor before: Liu Zhaoliang |