定量图像分析及其在混凝土疲劳损伤研究中的应用

摘要

混凝土内部是由固体水化产物、气孔及裂纹体系组成的复杂结构，这也是混凝土材料力学性能、耐久性以及其他物理特征的决定因素。混凝土很容易受到外界环境以及荷载因素的影响而导致裂纹产生，进而致使其强度、耐久性以及传输等宏观性能明显劣化。因而，对混凝土内部裂纹的描述和表征非常重要的。 目前，借助于图像处理技术所进行的混凝土内部微裂纹研究大多数是定性的描述，还没有做到定量表征的层次。而且，这种描述在很大程度上取决于观察者的主观意识，具有很大的随意性。据此，本文针对水泥基复合材料定量图像分析方法进行了系统的试验和分析。具体包括如下几方面： 1.选择合适的试样制备和图像采集等试验方法，运用数字图像处理技术，找出了适合于分析损伤试件结构的图像处理技巧和分析方法。 2.通过图像分析技术，获得了二维截面上裂纹的各种参数，其中包括裂纹的长度、面积、周长以及取向性等。然后，运用体视学理论，将获得的二维信息映射至三维空间中，得到了裂纹在三维空间中的密度和分布。这些信息能为混凝土损伤的表征，性能的描述和寿命预测提供重要的基础和依据。 3.利用上述的试验和理论对不同疲劳损伤程度的混凝土内部微结构演变进行了分析。借助统计学的理论和方法，分析了裂纹各方面信息与试件宏观的残余应变之间的相关性，找出影响混凝土宏观性能的主要信息，并推测了他们彼此之间的大致变化趋势和分布范围。 4.利用试验过程中采集到的大量混凝土微观结构演变图像，对混凝土在疲劳过程中的损伤机理进行了深入的分析和探讨。

目录

文摘

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第一章绪论

引言

1.1图像分析方法在混凝土研究中的应用现状

1.1.1水泥基材料内部组成的图像分析

1.1.2水泥基复合材料损伤后内部微结构演变的图像分析

1.1.3水泥基材料中纤维取向性图像分析

1.2体视学及其在混凝土材料研究中的应用现状

1.3本文主要的研究内容、目的及意义

第二章实验方法

2.1实验原材料

2.2.1水泥

2.1.2粉煤灰

2.1.3集料

2.1.4钢纤维

2.1.5外加剂

2.1.6水

2.1.7配合比

2.2试验方案

2.3试验方法

2.3.1成型与养护

2.3.2疲劳试验

2.3.3混凝土力学试验结果

2.4样品制备

2.4.1试样制备方法概述

2.4.2试样切割

2.4.3样品浸渍

2.4.4打磨、抛光

2.5图像获取

2.5.1放大倍率的选择

2.5.2图像采集

2.6小结

第三章数字图像处理及体视学原理

3.1数字图像处理基本原理

3.1.1图像的连通性

3.1.2图像增强

3.1.3图像分割

3.1.4形态学基本原理

3.2混凝土图像处理方法

3.2.1图像分割

3.2.2图像分析技巧

3.3体视学原理

3.3.1经典体视学基本公式

3.3.2裂纹二维平面上的测量

3.3.3裂纹在三维空间中数量的确定

3.4本章小结

第四章混凝土内部损伤的定量分析

4.1疲劳混凝土内部损伤的定量分析

4.1.1疲劳混凝土内部微裂纹的二维信息统计

4.1.2疲劳混凝土裂纹二维取向性的表征

4.1.3微裂纹三维信息的推算

4.1.4裂纹参数与疲劳程度之间的关系

4.2混凝土内部损伤程度与宏观性能之间的关系

4.2.1裂纹参数与残余应变的相关性

4.2.2裂纹参数与残余应变的关系

4.3本章小结

第五章混凝土疲劳损伤的机理

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表论文情况