颗粒材料接触特性之接触点的确定

摘要

颗粒物质在自然界中普遍存在,如砂砾、谷物、堆石体和碎屑流等,许多自然现象和工业过程都与颗粒物质的运动状态有关。弄清颗粒之间的接触特征是理解颗粒变形与运动规律的关键,与之相关联的接触点确定是获取全场接触力(包括力链)信息的难点。近年来,光弹法逐渐成为这类问题研究的有效手段之一,原因在于该方法具有原理简单、操作方便、图像直观等优点。然而,已有的接触点判定方法主要依赖于圆盘圆心距离的计算,对于小变形圆盘接触特征难以有效识别。为此,本文发展了一种基于去除零级条纹区域及图像矩阵转换的算法,可以有效地确定接触点的位置。主要步骤如下:首先运用主成分分析方法对图像进行分析,提取主成分,并重构原图像;然后利用模板匹配方法提取各个光弹圆盘,接着对提取出来的各个圆盘进行图像矩阵变换;最后对变换后的图像局部进行垂直方向灰度梯度平方计算,描绘梯度变化曲线并提取曲线峰值,从而识别出接触点(位置)。