CN110426279A - 一种基于图像测量技术的土样拉伸试验装置及其实施方法 - Google Patents

一种基于图像测量技术的土样拉伸试验装置及其实施方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110426279A
CN110426279A CN201910602828.7A CN201910602828A CN110426279A CN 110426279 A CN110426279 A CN 110426279A CN 201910602828 A CN201910602828 A CN 201910602828A CN 110426279 A CN110426279 A CN 110426279A
Authority
CN
China
Prior art keywords
soil sample
camera
barn door
measurement technology
image measurement
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.)
Granted
Application number
CN201910602828.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110426279B (zh
Inventor
田筱剑
郭晓霞
邵龙潭
陈之祥
赵博雅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian University of Technology
Original Assignee
Dalian University of Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian University of Technology filed Critical Dalian University of Technology
Priority to CN201910602828.7A priority Critical patent/CN110426279B/zh
Publication of CN110426279A publication Critical patent/CN110426279A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110426279B publication Critical patent/CN110426279B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/02—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/02—Details
    • G01N3/04—Chucks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/02—Details
    • G01N3/06—Special adaptations of indicating or recording means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014—Type of force applied
    • G01N2203/0016—Tensile or compressive
    • G01N2203/0017—Tensile
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/026—Specifications of the specimen
    • G01N2203/0298—Manufacturing or preparing specimens

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

一种基于图像测量技术的土样拉伸试验装置及其实施方法，属于土工测试计算领域。试验装置包括相机、照明装置、土样夹具、土样、材料试验机。通过土样夹具将土样固定于材料试验机，在照明装置的光线调节下，相机对土样进行拍摄，借助于图像测量技术获取土样在拉伸状态下表面的位移场分布，为研究土体本构关系和改性固化土体的基本物理力学性质提供了便利。

Description

一种基于图像测量技术的土样拉伸试验装置及其实施方法
技术领域
本发明属于土工测试计算领域，尤其涉及一种基于图像测量技术的土样拉伸装置及其实施方法，可用于测定土样在拉伸状态下表面位移场的分布。
背景技术
土体的拉伸破坏是导致土体开裂的一个重要因素，如挡土墙后土体的张拉裂缝、地基不均匀沉降引起的拉伸裂缝、堆石坝粘土心墙的水力劈裂等。由于土体的抗拉强度较低，其测试过程对精度有较高的要求。随着材料改性技术的发展，通过加筋或改性固化工艺提高土体抗拉强度的方式得到重视，研究该类改性固化或加筋土体在拉力作用下的变形机理，对于工程问题的预演和防范具有重要的工程价值。
现有的土体抗拉强度试验以土样整体所能承受拉力和位移为基础，计算土样的抗拉强度，或是采用巴西劈裂技术间接确定土体的抗拉性能。上述方法仅能确定土样整体的抗拉性能，无法实现拉伸过程中土样体变和局部变形的直接测试。数字图像测量技术通过图像角点识别，可测量跟踪土样每一角点的位移，进而得到土样表面的位移场和应变场。该技术实现了对变形过程的非接触式直接测量，在具有较高精度的同时不扰动土样，对于土的拉伸强度试验具有明显的优势，但实现该技术存在以下难题：1需要给圆柱形土样的表面提供均匀的光照环境来进行数字图像采集；2提供合适的夹具来保证土样的破坏区域不是发生在夹持位置。为实现上述测试，有必要从以上难题角度来研制新的土样拉伸实验装置。该装置的研发对于土体本构关系和改性固化土体的基本物理力学性质研究，具有重要的科学意义和工程价值。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中无法直接测试拉伸过程中土样体变和局部变形的不足，提供一种基于图像测量技术的土样拉伸试验装置及其实施方法，用来测量在拉伸状态下土样表面的位移场分布和表面位移。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
所述一种基于图像测量技术的土样拉伸试验装置，所述的试验装置包括相机1、照明装置2、土样夹具3、土样4、材料试验机5；
所述的照明装置2包括遮光板21、反光涂层22、导轨23、滑块24、LED灯泡25、相机孔位26。所述遮光板21用柔性材料制成，可以调节曲率；所述反光涂层22附着在遮光板21的凹侧面，以保证光源强度足以引起的土样4表面反光；所述遮光板21的凹侧面平行安装有两个导轨23；所述导轨23上滑动安装有若干个滑块24；所述滑块24上安装有LED灯泡25，所述相机孔位26位于遮光板21中心，用于相机1观测土样表面的变形。
所述的土样夹具3共有两套，每套土样夹具包括夹板31、底盘32、固定夹环33、活动夹环34、螺栓35、夹齿36；所述夹板31固定于底盘32一侧；所述固定夹环33固定于底盘32另一侧，并与底盘32同轴；所述夹齿36规则分布在固定夹环33和活动夹环34凹侧，以保证夹持土样4的受力均衡；所述夹齿36与固定夹环33和活动夹环34为螺纹连接，以能够调整固定夹环33和活动夹环34内夹齿36的数量，以适用于不同材料类型的拉伸试验。所述活动夹环34通过两个螺栓35与固定夹环33连接以保证连接可靠。
所述土样4为圆柱型，土样4通过活动夹环34和固定夹环35固定于土样夹具3的底盘32上。
所述材料试验机5通过夹板31与两套土样夹具3相连；
所述照明装置2置于相机1和土样4之间；所述照明装置2和土样4轴线平行；通过调节遮光板21的曲率和滑块24的分布，以给土样4表面提供均匀的光源环境，改善外部光源分布不均对测试结果的影响；所述相机1通过照明装置2的相机孔位26采集土样4的试验数据。
进一步的，所述遮光板21中心上也可左右对称设置两个相机孔位26，两个相机孔位26的法线交汇于遮光板21的曲率中心。
所述一种基于图像测量技术的土样拉伸试验装置的实施方法，该方法包括以下步骤：
一、制备80mm高×39.1mm直径的标准圆柱形土样4，并在土样4表面喷洒散斑标志；
二、将土样4的两端分别置于底盘32上并紧靠固定夹环33，并通过螺栓35将活动夹环34连接到固定夹环33；
三、两套土样夹具3随土样4一同安装到材料试验机5上；
四、将照明装置2置于相机1和材料试验机5间，并打开LED灯泡25；
五、推动滑块24沿导轨23滑动，并调节遮光板21的曲率使其与土样4的曲率保持一致，使得光线均匀分布在相机1可视范围内；
六、打开材料试验机5对土样4进行拉伸并同时打开相机1通过相机孔位26对土样4进行拍摄，通过图像处理技术获取土样1在拉伸状态下表面的位移场分布。
本发明的有益效果是：给出了基于图像测量技术的土样拉伸试验装置及实施方法，图像测量技术可以在不扰动土样的前提下取得较高的精度；通过调节遮光板的曲率与土样曲率一致，结合可调节滑块的分布，给圆柱形土样表面提供均匀的光照环境，可有效解决因光照不均匀造成误差的问题；通过设置规则分布的夹齿可以给土样提供均匀的夹持力和有效的拉力，可有效解决因夹持作用造成土样局部破坏的问题；本发明提供了能够用于单目识别和双目识别的两种模式，能够选择性的测定土样的双向变形或三向变形。通过上述装置能够结合图像处理技术能够为土体拉伸局部变形的研究奠定基础。
附图说明
图1为本发明的一种基于图像测量技术的土样拉伸试验装置效果图；
图2为本发明涉及的单孔照明装置效果图；
图3为本发明涉及的土样夹具效果图；
图4为本发明涉及的双孔照明装置效果图
图中：1.相机；2.照明装置；21.遮光板；22.反光涂层；23.导轨；24.滑块；25.LED灯泡；26.相机孔位；3.土样夹具；31.夹板；32.底盘；33.固定夹环；34.活动夹环；35.螺栓；36.夹齿；4.土样；5.材料试验机。
具体实施方式
结合附图对本发明的一种基于图像测量技术的土样拉伸试验装置及其实施方法加以说明。
本发明的一种基于图像测量技术的土样拉伸试验装置及其实施方法是基于：通过附有规则分布夹齿的土样夹具将土样固定于材料试验机，通过由可调节曲率的遮光板和可调节分布的滑块组成的照明装置给土样表面提供均匀稳定的光线，通过相机记录土样表面图片，借助于图像处理技术获取土样在拉伸状态下表面的位移场分布。
本发明的一种基于图像测量技术的土样拉伸试验装置及其实施方法是这样实现的：
提供了一种基于图像测量技术的土样拉伸试验装置，所述的试验装置包括：相机1、照明装置2、土样夹具3、土样4、材料试验机5，如图1所示，所述的照明装置2包括遮光板21、反光涂层22、导轨23、滑块24、LED灯泡25、相机孔位26，反光涂层22固定于遮光板21凹侧以保证光源强度太高引起的土样4表面反光，相机孔位26位于遮光板21中心以观测土样表面的变形，如图2所示，所述的土样夹具3包括夹板31、底盘32、固定夹环33、活动夹环34、螺栓35、夹齿36，夹板31固定于底盘32一侧，固定夹环33固定于底盘32另一侧，夹齿36规则分布在固定夹环33和活动夹环34凹侧，以保证夹持土样4的力均衡，如图3所示，活动夹环34通过螺栓35与固定夹环33连接以保证连接可靠，在遮光板21中心的相机孔位26上布置相机1，将土样4通过活动夹环34和固定夹环35固定于土样夹具3的底盘32上，将土样夹具3与材料试验机5相连，将照明装置2置于相机1和土样4之间，并调节遮光板21的曲率和滑块24的分布，以给土样4表面提供均匀的光源环境，改善外部光源分布不均对测试结果的影响，即形成本发明的一种基于图像测量技术的土样拉伸试验装置。
所述遮光板21中心上也可左右对称设置两个相机孔位26，两个相机孔位26的法线交汇于遮光板21的曲率中心，如图4所示，可实现基于双目识别技术的土样表面变形测量。所述夹齿36与固定夹环33和活动夹环34为螺纹连接，以能够调整固定夹环33和活动夹环34内夹齿36的数量，以保证适用于不同材料类型的拉伸试验。
同时提供一种基于图像测量技术的土样拉伸试验装置的实施方法，该方法包括以下步骤：
第一步、取适量土制成高为80mm、直径为39.1mm的圆柱型土样4，并在土样4表面喷洒散斑标志；
第二步、将土样4的两端通过固定夹环33和活动夹环34安装在两套土样夹具3上；
第三步、材料试验机5通过夹板31夹住土样夹具3；
第四步、将照明装置2置于相机1和材料试验机5间，并打开LED灯泡25。启动照明装置2，调节滑块24的位置、照明装置2的位置以及遮光板21的曲率，使土样4上的光照均匀，强度满足要求；推动滑块24沿导轨23滑动，以调节遮光板21的曲率使其与土样4的曲率保持一致，并使得光线均匀分布在相机1可视范围内；
第五步、相机1通过相机孔位26采集土样4的试验数据，并开始记录；
第六步、打开材料试验机5对土样4进行拉伸，并同时打开相机1对土样4进行拍摄，通过图像处理技术获取土样1在拉伸状态下表面的位移场分布。
本发明的技术特点体现在以下方面：
(1)本发明利用图像测量技术可以在不扰动土样的前提下取得较高的精度；
(2)本发明的装置通过调节遮光板的曲率和滑块的分布可以提供均匀稳定的光照环境，有效解决图像测量技术中因光照不均匀造成误差的问题；
(3)本发明的装置通过规则分布的夹齿可以对土样提供均匀的夹持力和有效的拉力，有效解决因夹持作用造成土样局部破坏的问题；
(4)本发明提供了能够用于单目识别和双目识别的两种模式，能够选择性的测定土样的双向变形或三向变形。

Claims (3)

1.一种基于图像测量技术的土样拉伸试验装置，其特征在于，该装置包括遮光板(21)、反光涂层(22)、导轨(23)、滑块(24)、LED灯泡(25)、相机孔位(26)；
所述遮光板(21)用柔性材料制成，可以调节曲率；所述反光涂层(22)附着在遮光板(21)的凹侧面，以保证光源强度足以引起的土样(4)表面反光；所述遮光板(21)的凹侧面平行安装有两个导轨(23)；所述导轨(23)上滑动安装有若干个滑块(24)；所述滑块(24)上安装有LED灯泡(25)，所述相机孔位(26)位于遮光板(21)中心，用于相机(1)观测土样表面的变形；
所述的土样夹具(3)共有两套，每套土样夹具(3)包括夹板(31)、底盘(32)、固定夹环(33)、活动夹环(34)、螺栓(35)、夹齿(36)；所述夹板(31)固定于底盘(32)一侧；所述固定夹环(33)固定于底盘(32)另一侧，并与底盘(32)同轴；所述夹齿(36)规则分布在固定夹环(33)和活动夹环(34)凹侧，以保证夹持土样(4)的受力均衡；所述夹齿(36)与固定夹环(33)和活动夹环(34)为螺纹连接，以能够调整固定夹环(33)和活动夹环(34)内夹齿(36)的数量，以适用于不同材料类型的拉伸试验；所述活动夹环(34)通过两个螺栓(35)与固定夹环(33)连接以保证连接可靠；
所述土样(4)为圆柱型，土样(4)通过活动夹环(34)和固定夹环(35)固定于土样夹具(3)的底盘(32)上；
所述材料试验机(5)通过夹板(31)与两套土样夹具(3)相连；
所述照明装置(2)置于相机(1)和土样(4)之间；所述照明装置(2)和土样(4)轴线平行；通过调节遮光板(21)的曲率和滑块(24)的分布，以给土样(4)表面提供均匀的光源环境，改善外部光源分布不均对测试结果的影响；所述相机(1)通过照明装置(2)的相机孔位(26)采集土样(4)的试验数据。
2.根据权利要求1所述的种基于图像测量技术的土样拉伸试验装置，其特征在于，所述遮光板(21)中心上可左右对称设置两个相机孔位(26)，两个相机孔位(26)的法线交汇于遮光板(21)的曲率中心。
3.根据权利要求1或2任一所述的种基于图像测量技术的土样拉伸试验装置，其特征在于，一种基于图像测量技术的土样拉伸试验装置的实施方法，该方法包括以下步骤：
(一)制备80mm(高)×39.1mm(直径)的标准圆柱形土样(4)，并在土样(4)表面喷洒散斑标志；
(二)将土样(4)的两端分别置于底盘(32)上并紧靠固定夹环(33)，并通过螺栓(35)将活动夹环(34)连接到固定夹环(33)；
(三)两套土样夹具(3)随土样(4)一同安装到材料试验机(5)上；
(四)将照明装置(2)置于相机(1)和材料试验机(5)间，并打开LED灯泡(25)；
(五)推动滑块(24)沿导轨(23)滑动，并调节遮光板(21)的曲率使其与土样(4)的曲率保持一致，使得光线均匀分布在相机(1)可视范围内；
(六)打开材料试验机(5)对土样(4)进行拉伸并同时打开相机(1)通过相机孔位(26)对土样(4)进行拍摄，通过图像处理技术获取土样(1)在拉伸状态下表面的位移场分布。
CN201910602828.7A 2019-07-05 2019-07-05 一种基于图像测量技术的土样拉伸试验装置及其实施方法 Active CN110426279B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910602828.7A CN110426279B (zh) 2019-07-05 2019-07-05 一种基于图像测量技术的土样拉伸试验装置及其实施方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910602828.7A CN110426279B (zh) 2019-07-05 2019-07-05 一种基于图像测量技术的土样拉伸试验装置及其实施方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110426279A true CN110426279A (zh) 2019-11-08
CN110426279B CN110426279B (zh) 2021-04-13

Family

ID=68408985

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910602828.7A Active CN110426279B (zh) 2019-07-05 2019-07-05 一种基于图像测量技术的土样拉伸试验装置及其实施方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110426279B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114354352A (zh) * 2021-04-28 2022-04-15 南昌工程学院 一种土体宏细观拉伸特性试验装置及测试方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1319812A (zh) * 2001-04-04 2001-10-31 大连理工大学 三轴试验土样变形的数字图像测量方法及设备
CN203118369U (zh) * 2013-03-25 2013-08-07 湖南新亚胜科技发展有限公司 一种曲面led显示屏
CN103743753A (zh) * 2014-01-23 2014-04-23 四川大学 一种磁瓦柔性成像装置
CN104949883A (zh) * 2015-05-27 2015-09-30 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种用于薄板中心裂纹拉伸试样断裂韧度测试的装置
CN107101888A (zh) * 2017-05-27 2017-08-29 青岛理工大学 一种岩石压缩破坏预测方法
WO2018146857A1 (ja) * 2017-02-10 2018-08-16 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 応力の測定方法、応力測定装置および応力測定システム
CN109490075A (zh) * 2018-11-19 2019-03-19 四川大学 一种主动围压下的岩石***振动测试装置及其应用
CN109519775A (zh) * 2018-11-18 2019-03-26 曾斌 一种具有角度调节功能的led灯
CN109724867A (zh) * 2019-03-13 2019-05-07 合肥工业大学 脉冲动水压下岩石裂隙响应可视化模拟实验***及方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1319812A (zh) * 2001-04-04 2001-10-31 大连理工大学 三轴试验土样变形的数字图像测量方法及设备
CN203118369U (zh) * 2013-03-25 2013-08-07 湖南新亚胜科技发展有限公司 一种曲面led显示屏
CN103743753A (zh) * 2014-01-23 2014-04-23 四川大学 一种磁瓦柔性成像装置
CN104949883A (zh) * 2015-05-27 2015-09-30 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种用于薄板中心裂纹拉伸试样断裂韧度测试的装置
WO2018146857A1 (ja) * 2017-02-10 2018-08-16 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 応力の測定方法、応力測定装置および応力測定システム
CN107101888A (zh) * 2017-05-27 2017-08-29 青岛理工大学 一种岩石压缩破坏预测方法
CN109519775A (zh) * 2018-11-18 2019-03-26 曾斌 一种具有角度调节功能的led灯
CN109490075A (zh) * 2018-11-19 2019-03-19 四川大学 一种主动围压下的岩石***振动测试装置及其应用
CN109724867A (zh) * 2019-03-13 2019-05-07 合肥工业大学 脉冲动水压下岩石裂隙响应可视化模拟实验***及方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114354352A (zh) * 2021-04-28 2022-04-15 南昌工程学院 一种土体宏细观拉伸特性试验装置及测试方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110426279B (zh) 2021-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105203394B (zh) 测定板料应力‑应变曲线的装置
CN105358966B (zh) 对长材进行表面检查的方法及执行这样的方法的设备
CN204255763U (zh) 基于线阵相机的高速应变测试装置
CN105751104B (zh) 改进的同步辐射光源原位成像的疲劳试验机夹持机构
CN109781516A (zh) 一种材料应变原位ebsd观察试验用夹具及该试验方法
CN110426279A (zh) 一种基于图像测量技术的土样拉伸试验装置及其实施方法
CN109374632A (zh) 一种显示面板的检测方法及***
CN102353589B (zh) 一种在软骨力学性能测试中运用数字图像相关技术的方法
CN1749002A (zh) 纺织印染筛网网版质量检测***及检测方法
CN101178343A (zh) 脆性材料试件黏结轴拉试验定位装置
CN201034943Y (zh) 煤炭灰熔融性测定仪
CN207215019U (zh) 一种分析灯珠灯丝的检测装置
CN105606030B (zh) 一种基于嵌入式的建筑物表面裂缝检测装置
CN112345340A (zh) 一种用于圆柱形岩石试样的可控角度裂隙面生成装置
CN208140346U (zh) 一种汽车led灯检测***
CN207832691U (zh) 一种工业用摄像头移动装置
KR102044323B1 (ko) 구멍 확장성 시험장치
CN110530886A (zh) 一种压缩拼接板缺陷检测***
CN102607809A (zh) 镜头鉴别率检测装置
CN103217381A (zh) 一种高煤阶煤显微组分观测方法
CN211877794U (zh) 一种管线环焊缝宏观金相拍摄分析装置
CN217931136U (zh) 一种基于机器视觉的非金属材料断裂伸长率测试***
CN209166344U (zh) 一种基于ccd相机的尺寸检测装置
CN209342508U (zh) 一种材料应变原位ebsd观察试验用夹具
CN106769460A (zh) 一种新型拉拔力测试夹具及拉拔力测试方法

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