透射焦线-三维数字图像相关法同步实验系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种透射焦线

【技术实现步骤摘要】
透射焦线
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三维数字图像相关法同步实验系统及方法


[0001]本专利技术涉及岩石断裂力学实验研究领域，特别是涉及一种透射焦线
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三维数字图像相关法同步实验系统及方法。

技术介绍

[0002]岩石的动态断裂问题一直是矿业工程和土木工程施工等领域的研究热点。因此，采用有效的手段研究岩石试件裂纹萌生、扩展和破坏具有重要意义，尤其是岩石或类岩石材料裂纹尖端的应力强度因子、裂纹起裂韧度，裂纹扩展速度和动态断裂韧度等力学参量。
[0003]国内外学者已经采取不同的测试方法研究岩石试件动态断裂过程中的起裂和扩展行为，并取得一定的成果。其中主要为透射焦线方法和数字图像相关方法。焦线方法分为透射和反射焦线，然而，透射焦线相比于反射焦线测量精度高且操作简单，因此它被广泛的应用于实验力学领域。对于数字图像相关方法，三维数字图像相关方法相比于二维数字图像相关方法不仅能够测量平面外变形，而且测量精度更高。除此之外，对于混合加载下的V型切口断裂实验，透射焦线方法能够测量扩展过程裂纹应力强度因子但不能测量切口尖端应力强度因子，但是三维数字图像相关方法能够精确测量切口尖端应力强度因子但不能精确测量扩展过程中裂纹的应力强度因子。两种方法的组合可以测量切口试件从起裂到扩展全过程的应力强度因子变化规律，为研究切口试件断裂全过程提供实验技术。因此，基于两种方法的优点采用透射焦线方法和三维数字图像相关方法同步测量试件断裂行为更具有重要意义。
[0004]目前，已有学者基于反射焦线和二维数字图像相关技术组合研究试件断裂行为，但是由于数字图像相关方法需要在试件表面喷射斑而影响透射焦线的光路传播，因此利用透射焦线法和三维数字图像相关方法同步测量岩石或类岩石试件断裂过程中的静态和动态力学参量的研究尚未进行。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种透射焦线
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三维数字图像相关法同步实验系统及方法，同时满足透射焦线方法和三维数字图像相关法的同步测量和采集，并且两种方法能够互不干扰，优势互补和相互验证，能够测量切口试件断裂全过程时的应力强度因子，能够测量裂纹尖端的应力强度因子、裂纹起裂韧度，裂纹扩展速度和动态断裂韧度等力学参量，能够更加准确，科学的研究试件断裂行为分析。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种透射焦线
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三维数字图像相关法同步实验系统，其特征在于，所述系统包括：
[0008]激光光源、扩束镜、第一场凸透镜、加载架、试件、冲击头、落锤、第一闪光灯光源、
第二闪光灯光源、第一摄影机、第二摄影机、第二场凸透镜、第三摄影机、第一电脑、第二电脑以及延时信号控制器；
[0009]所述激光光源发出光源依次经过所述扩束镜、所述第一场凸透镜、所述试件、所述第二场凸透镜最终汇聚到所述第三摄影机；
[0010]所述第一摄影机与所述第一闪光灯光源、第二闪光灯光源、所述延时信号控制器、所述第一电脑以及所述第二摄影机连接；
[0011]所述第二摄影机与所述第一电脑连接；
[0012]所述第三摄影机与所述第二电脑以及所述延时控制器连接；
[0013]所述落锤和所述冲击头均与所述延时信号控制器连接；
[0014]所述试件位于所述加载架上。
[0015]可选的，所述系统还包括：伺服液压电机、霍布金森压杆装置和爆炸加载装置，所述伺服液压电机用于对试件施加静态荷载，所述霍布金森压杆装置用于对试件施加冲击载荷，所述爆炸加载装置用于对试件施加爆炸载荷。
[0016]可选的，所述第一摄影机与所述第二摄影机呈固定夹角，且所述第一摄影机与所述第二摄影机对称分布在焦线平行光路的两侧。
[0017]可选的，所述第一摄影机、所述第二摄影机以及所述第三摄影机为超高速摄影机，所述第一摄影机与主摄影机，所述第二摄影机为辅摄影机。
[0018]可选的，所述第一摄影机和所述第三摄影机均为外触发模式。
[0019]可选的，所述试件在靠近所述第一摄影机的一面喷射散斑。
[0020]可选的，在所述试件在靠近所述第一摄影机的一面喷射散斑具体包括：
[0021]首先在裂纹扩展路径处粘贴胶带覆盖；
[0022]然后在试件表面喷上一层白漆，等白漆干燥后喷射随机均匀黑色散斑；
[0023]最后将胶带拆除。
[0024]可选的，所述试件为不含缺陷试件或预制裂纹试件或含预制切口试件。
[0025]针对上面的系统，本专利技术还提供一种透射焦线
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三维数字图像相关法同步实验方法，所述方法包括：
[0026]准备试件；
[0027]在所述试件靠近第一摄影机的一面喷射散斑；
[0028]调节透射焦线系统
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三维数字图像相关法同步实验系统使透射焦线系统在同一水平直线上；
[0029]根据测量试件位置调整激光高度，激光光源发出的光源依次经过扩束镜、第一场凸透镜、试件、第二场凸透镜最终汇聚到第三摄影机，调节第三摄影机的镜头对焦至焦斑成像的平面上；
[0030]将第一摄影机和第二摄影机调焦至试件喷斑表面；
[0031]用校正板进行系统的三维坐标系的建立，拍摄多张有效校正板照片；
[0032]调节延迟信号控制器的触发方式为“断通”信号触发；
[0033]调节第一摄影机和第三摄影机为外触发模式；
[0034]释放落锤撞击冲击头，对试件施加荷载，试件产生裂纹并扩展；
[0035]落锤接触冲击头后，通过信号线使延迟信号控制器产生触发信号，延迟信号控制器的触发信号通过信号线触发第一摄影机和第三摄影机；
[0036]同时，第一摄影机利用信号线触发第一闪光灯光源、第二闪光灯光源和第二摄影机；
[0037]第三摄影机接到触发信号后开始采集透射焦线实验数据，最后由第二电脑进行保存；
[0038]第一摄影机、第二摄影机、第一闪光灯光源和第二闪光灯光源接到触发信号后同步工作，采集数字图像相关数据并由第一电脑进行保存和分析，最终实现透射焦线方法与三维数字图像相关法的同步测量。
[0039]可选的，具体是拍摄多于15张有效校正板照片。
[0040]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0041]本专利技术中的上述系统和方法能够同时满足透射焦线方法和三维数字图像相关法的同步测量和采集，并且两种方法能够互不干扰，优势互补和相互验证，能够测量切口试件断裂全过程时的应力强度因子，能够测量裂纹尖端的应力强度因子、裂纹起裂韧度，裂纹扩展速度和动态断裂韧度等力学参量，能够更加准确，科学的研究试件断裂行为分析。
附图说明
[0042]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种透射焦线
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三维数字图像相关法同步实验系统，其特征在于，所述系统包括：激光光源、扩束镜、第一场凸透镜、加载架、试件、冲击头、落锤、第一闪光灯光源、第二闪光灯光源、第一摄影机、第二摄影机、第二场凸透镜、第三摄影机、第一电脑、第二电脑以及延时信号控制器；所述激光光源发出光源依次经过所述扩束镜、所述第一场凸透镜、所述试件、所述第二场凸透镜最终汇聚到所述第三摄影机；所述第一摄影机与所述第一闪光灯光源、所述第二闪光灯光源、所述延时信号控制器、所述第一电脑以及所述第二摄影机连接；所述第二摄影机与所述第一电脑连接；所述第三摄影机与所述第二电脑以及所述延时控制器连接；所述落锤和所述冲击头均与所述延时信号控制器连接；所述试件位于所述加载架上。2.根据权利要求1所述的透射焦线
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三维数字图像相关法同步实验系统，其特征在于，所述系统还包括：伺服液压电机、霍布金森压杆装置和爆炸加载装置，所述伺服液压电机用于对试件施加静态荷载，所述霍布金森压杆装置用于对试件施加冲击载荷，所述爆炸加载装置用于对试件施加爆炸载荷。3.根据权利要求1所述的透射焦线
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三维数字图像相关法同步实验系统，其特征在于，所述第一摄影机与所述第二摄影机呈固定夹角，且所述第一摄影机与所述第二摄影机对称分布在焦线平行光路的两侧。4.根据权利要求1所述的透射焦线
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三维数字图像相关法同步实验系统，其特征在于，所述第一摄影机、所述第二摄影机以及所述第三摄影机为超高速摄影机，所述第一摄影机与主摄影机，所述第二摄影机为辅摄影机。5.根据权利要求1所述的透射焦线
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三维数字图像相关法同步实验系统，其特征在于，所述第一摄影机和所述第三摄影机均为外触发模式。6.根据权利要求1所述的透射焦线
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三维数字图像相关法同步实验系统，其特征在于，所述试件在靠近所述第一摄影机的一面喷射散斑。7.根据权利要求6所述的透射焦线
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【专利技术属性】
技术研发人员：李清，黄晨，杨仁树，杨立云，高正华，赵桐德，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：