三维光学测量技术在混凝土行业的应用

商业 来源: 2021/11/22 18:09:08 阅读:196

混凝土是世界上用量最大、使用最广泛的建筑材料之一,作为一种多相的复合材料,其破坏机理和破坏形态一直是力学、材料学和工程技术界所共同关注的课题。

三维光学测量技术,可用于扫描混凝土断口形貌,分析断裂能参量和断裂损伤性能;分析混凝土负载下的裂纹演化和破坏过程,探索混凝土抗压缩和抗劈裂性能,提升混凝土的相关载荷性能提供数据依据。


混凝土断裂力学性能测试

混凝土断裂试件断口蕴涵着丰富的力学信息而传统的欧几里得几何难以对复杂的断口形貌进行描述三维扫描技术可以很好的解决这个问题,通过引入分形几何理论对断口三维形貌进行研究结合宏观的断裂能参量进行数值分析

通过新拓三维XTOM蓝光三维扫描仪,扫描了解混凝土断裂损伤性能断裂面分形特征,从而找到混凝土断裂微观现象与宏观力学量联系的桥梁为实现混凝土结构的耐久性设计、评估及寿命预测提供理论依据,具有重要的理论研究价值及现实指导意义。

 

断裂后混泥土结构断口形貌

 

三维扫描采集数据

 

断口三维形貌扫描数据

 

纤维混凝土压缩测试

XTDIC三维全场应变测量系统配置25mm镜头,加载试验机对纤维混凝土试样进行准静态压缩,压缩载荷的加载速率一定数值加大。当压缩载荷达到一定倍数,进行图像采集,作为各级载荷时的目标图像。图像采集完成后继续加载,直到试样碎裂破坏,图像同步采集完成。

 

 

取变形前后图像中各点的灰度值进行局部相关度的运算,当点位移值到极值时通过确定目标图上的位置,得到位移场,并采用相关系数的曲面拟合法来达到亚像素的位移测量精度,通过位移场拟合的方法得到应变分布。

 

压缩横向应变图及横向应变点数据

 

压缩纵向应变图及横向应变点数据

 

压缩横向及纵向变化率曲线


加纤维混凝土劈裂测试

采用XTDIC非接触应变测量,对加纤维混凝土在劈裂载荷下进行实时监测,XTDIC系统软件对试件水平方向位移和应变进行分析,研究试样在破坏前、初始破坏以及完全破坏三个阶段的位移场和应变场,分析在劈拉过程中混凝土表面裂缝的变化。

 

劈裂横向应变图及横向应变点数据

 

劈裂纵向应变图及横向应变点数据

 

劈裂横向及纵向变化率曲线

 

加纤维水泥试块测试

在加载试验机进行劈-拉加载过程中,XTDIC系统CCD工业相机对试件在劈裂全程进行图像的采集和储存,在混凝土试件完全破坏后完成采集,XTDIC系统对全过程变形及裂缝图像进行处理,并分析横向位移和应变。

 

劈裂横向应变图及横向应变点数据

 

劈裂纵向应变图及横向应变点数据

 

压缩横向及纵向变化率曲线

 

现代工程对建筑结构的质量和跨度等要求越来越高,但是原来的混凝土在抗拉强度、韧性方面的不足也日益凸显。工程科研人员不断致力于改善混凝土性能,希望质量更轻,强度更高,延性更大,耐长久性更长等,从而进一步扩展混凝土的使用领域。

采用三维光学测量技术,分析复杂的断口形貌和断裂面分形特征,以压缩、劈裂实验分析混凝土的受力及碎裂方式的区别,分析改性混凝土试块在劈裂及压缩试验时,呈现出的优异力学性能及韧性条件,实验结果可结合有限元分析,为新型纤维混凝土材料在工程中的实际应用提供数据参考。



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