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原文传递一种基于三轴土样全表面变形的应变状态计算方法

专利名称：	一种基于三轴土样全表面变形的应变状态计算方法
摘要：	一种基于三轴土样全表面变形的应变状态计算方法，属于环境土工计算领域。采用双目识别相机采集三轴土样表面的三向坐标，通过比对变形前后坐标的变化计算三轴土样表面不同点的三向变形值，选取三轴土样表面4个独立点并连线即可得到6条线，通过4个点的三向变形值计算6条线的距离量，进而通过三轴土样坐标系计算6条线的方向余弦并构造矩阵，通过对矩阵求逆的方式并与6条线的距离量进行矩阵乘积，得到三轴土样全表面变形的应变状态。重复上述过程并对所得的多个三轴土样全表面变形的应变状态求平均方式，得到三轴土样的应变状态。本发明方法简单、测试基础成熟、计算收敛，能够计算三轴土样中的应变状态，为土体变形和土工三轴试验研究提供便利。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	辽宁;21
申请人：	大连理工大学
发明人：	陈之祥;郭晓霞;邵龙潭;李顺群;赵博雅;翟军亮
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-08T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-07T00:00:00+0800
申请号：	CN201910275739.6
公开号：	CN109855970A
代理机构：	大连理工大学专利中心
代理人：	李晓亮;潘迅
分类号：	G01N3/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	116024 辽宁省大连市甘井子区凌工路2号
主权项：	1.一种基于三轴土样全表面变形的应变状态计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： 1)依据三轴土样建立空间坐标系，其中坐标原点位于三轴土样中间径向平面的中心，z轴与三轴土样的轴向加载方向一致，三轴土样中间径向平面上的任一方向为x轴，与z轴、x轴同时垂直的直线即为y轴； 2)采用相机记录三轴土样全表面任意点变形前的坐标值并表示为ε0i(ε0xi，ε0yi，ε0zi)形式，分别将三轴土样全表面任意4点的变形前坐标值表示为：ε0a(ε0xa，ε0ya，ε0za)、ε0b(ε0xb，ε0yb，ε0zb)、ε0c(ε0xc，ε0yc，ε0zc)、ε0d(ε0xd，ε0yd，ε0zd)； 3)依据公式(1)分别计算任意两点点i和点j之间的初始距离量ij0，公式(1)为：式中，ij0为点i和点j之间的初始距离量，ij0分别取ab0、bc0、cd0、ac0、ad0、bc0；ε0xi、ε0yi、ε0zi分别为i点在x轴、y轴、z轴方向的初始坐标分量；ε0xj、ε0yj、ε0zj分别为j点在x轴、y轴、z轴方向的初始坐标分量； 4)采用相机记录三轴土样全表面任意点变形后的坐标值并表示为εi(εxi，εyi，εzi)形式，分别将步骤1)所述三轴土样全表面的a、b、c、d点的变形后坐标值表示为：εa(εxa，εya，εza)、εb(εxb，εyb，εzb)、εc(εxc，εyc，εzc)、εd(εxd，εyd，εzd)，依据公式(2)计算任意点i和点j之间的变形距离量ij，公式(2)为：式中，ij为点i和点j之间的变形距离量，ij分别取ab、bc、cd、ac、ad、bc；εxi、εyi、εzi分别为i点在x轴、y轴、z轴方向变形后的坐标分量；εxj、εyj、εzj分别为j点在x轴、y轴、z轴方向变形后的坐标分量； 5)依据公式(3)计算点i和点j之间的应变εij，公式(3)为：式中，εij为点i和点j之间的应变；ij0为点i和点j之间的初始距离量，计算见公式(1)；ij为点i和点j之间的变形距离量，计算见公式(2)； 6)通过公式(4)-式(6)计算ij与x轴、y轴、z轴夹角的余弦值，公式为：式中，lij、mij、nij分别为ij与x轴、y轴、z轴夹角的余弦值；εxi、εyi、εzi分别为i点在x轴、y轴、z轴方向变形后的坐标分量；εxj、εyj、εzj分别为j点在x轴、y轴、z轴方向变形后的坐标分量；ij为点i和点j之间的变形距离量，计算见公式(2)； 7)依据步骤3)至步骤6)分别计算ab、bc、cd、ac、ad、bc与x轴、y轴、z轴夹角的余弦值lab、mab、nab、lbc、mbc、nbc、lcd、mcd、ncd、lac、mac、nac、lad、mad、nad、lbc、mbc、nbc，并将公式(3)计算获取点a和点b、点b和点c、点c和点d、点a和点c、点a和点d、点b和点c的应变分别记为εab、εbc、εcd、εac、εad、εbc； 8)依据公式(7)构造原矩阵T，以计算三轴土样的应变状态，公式(7)为：式中，T为原矩阵；lab、mab、nab、lbc、mbc、nbc、lcd、mcd、ncd、lac、mac、nac、lad、mad、nad、lbc、mbc、nbc分别为ab、bc、cd、ac、ad、bc与x轴、y轴、z轴夹角的余弦值； 9)计算原矩阵T的逆矩阵T-1，并用公式(8)计算基于三轴土样全表面变形的局部应变状态，公式(8)为： {εo}＝Τ-1·{ε} (8) 式中，εo为基于三轴土样全表面变形的局部应变状态，包括3个正应变εxx、εyy、εzz和3个剪应变τxy、τyz、τzx；T-1为原矩阵T的逆矩阵；ε包括εab、εbc、εcd、εac、εad、εbc，εab、εbc、εcd、εac、εad、εbc分别为点a和点b、点b和点c、点c和点d、点a和点c、点a和点d、点b和点c的应变，由步骤7)计算得到； 10)采用公式(9)计算基于三轴土样全表面变形的应变状态ε’，公式(9)为：式中，ε’为基于三轴土样全表面变形的局部应变状态；εo为基于三轴土样全表面变形的局部应变状态，由公式(8)确定；n为基于三轴土样全表面变形的局部应变状态的数量，n＞1。
所属类别：	发明专利