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硅酸盐通报 2024年第3期43卷 1143-1152页

作者：王永亮易江涛刘悦重庆大学土木工程学院重庆400045 青海省交通控股集团有限公司西宁810000 长安大学材料科学与工程学院西安710061

沥青路面的长期抗滑性能取决于集料的抗磨光/耗性能,准确快速计算集料的形貌特征十分重要。本文引入一种新型高抗滑路用集料——88#煅烧铝矾土,采用Image-Pro-Plus 6.0(IPP)、IBM SPSS Statistics 26.0(SPSS)等数字图像处理软件对集料... 详细信息

沥青路面的长期抗滑性能取决于集料的抗磨光/耗性能,准确快速计算集料的形貌特征十分重要。本文引入一种新型高抗滑路用集料——88#煅烧铝矾土,采用Image-Pro-Plus 6.0(IPP)、IBM SPSS Statistics 26.0(SPSS)等数字图像处理软件对集料形貌特征进行分析评价。同时对不同磨光次数下集料形貌特征参数的变化进行灰熵关联分析,得到各集料形貌特征参数与其磨光值(PSV)的灰熵关联度。结果表明,采用IPP软件能够准确获得各集料的形貌特征参数,并且,相较于传统路用集料,88#煅烧铝矾土具有更加丰富的棱角特性及较高的粗糙度。通过灰熵关联分析得到,分形维数与PSV之间的相关性最显著。

关键词：道路工程路用集料煅烧铝矾土 Image-Pro-Plus 6.0 形貌特征参数分形维数灰熵关联度

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机制砂形貌的数值重构及其特征参数对砂浆性能的影响分析

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作者：吴娟华南理工大学

学位级别：硕士

砂是混凝土中不可或缺的一部分,由于环保、资源等因素的限制,可供建筑工程使用的天然砂已严重不足。机制砂作为一种由天然石料经破碎、筛分、洗涤等工艺处理制成的建筑材料,因其原材料来源广泛、价格低廉,已成为替代天然砂的首选材料。... 详细信息

砂是混凝土中不可或缺的一部分,由于环保、资源等因素的限制,可供建筑工程使用的天然砂已严重不足。机制砂作为一种由天然石料经破碎、筛分、洗涤等工艺处理制成的建筑材料,因其原材料来源广泛、价格低廉,已成为替代天然砂的首选材料。然而由于制备工艺的限制,机制砂普遍表面粗糙、棱角较多,这将对水泥基材料的工作性能和力学性能产生不利影响。由于机制砂粒径较小且形貌复杂,目前尚缺乏准确表征其形貌的方法,也未阐明其形貌对水泥基材料性能的影响规律,这极大地限制了机制砂的高效应用。本文基于球谐理论构建了低计算量高精度三维球谐重构模型,并用以计算机制砂的形貌特征参数,进而研究其形貌特征对水泥基材料性能的影响,具体工作内容为:(1)运用数字光学投影技术获取机制砂三维形貌,基于球谐理论构建了机制砂形貌的三维数值化模型,探讨了重构参数对模型精度的影响。结果表明,球谐重构模型中,高斯正交点数量与最大展开级数间存在最佳匹配关系,较高的最大展开级数并不保证重构精度,如果最大展开级数过高,体积误差、表面积误差及径向误差增加,重构精度降低。体积误差、表面积误差及径向误差三个评价指标中,表面积误差对重构精度的评价效果最好。当最大展开级数和高斯正交点数量最佳匹配时,对于不同形态和粒径的颗粒,实现相同重构精度所需的最大展开级数不同。相同颗粒尺寸下,机制砂所需的最大展开级数比ISO标准砂大;对于不同粒径颗粒,粒径越大,所需的最大展开级数越大。(2)基于球谐模型,提取了机制砂比表面积、三轴尺寸、伸长度、扁平度、纵横比、磨圆度、球形度、棱角度、粗糙度及分形维数等形貌特征参数。采用Microsoft Access构建了机制砂形貌特征数据库,并据此分析了形貌特征参数的影响因素,初步掌握了母岩类型、破碎方式、粒径等因素与机制砂形貌特征参数的关系。结果表明,按照表面积误差小于3%原则优选最大展开级数时,可较好地表征机制砂形貌特征参数。上述形貌特征参数中,球形度与粗糙度具有强相关性,可视为同一形貌特征参数;三轴尺寸可转化为轴比指标,表面积与体积可转化为比表面积表征;比表面积、轴比、磨圆度、球形度、棱角度为相对独立的形貌特征参数。随着机制砂粒径增加,机制砂比表面积和球形度降低,棱角度增加,球形颗粒数量减少,扁圆形颗粒数量增加。对于粒径范围和破碎方式相同的机制砂,分别以鹅卵石、花岗岩和石灰岩为原料时机制砂粒形逐渐劣化。当母岩种类和粒径范围相同时,立轴式冲击破碎机制砂粒形优于反击式破碎机制砂粒形。(3)基于多算法交叉验证实现了机制砂形貌特征参数与砂浆性能间相关性排序,运用BP神经网络建立了形貌特征参数与砂浆性能的关系。结果表明,形貌特征参数中,球形度、磨圆度和棱角度对砂浆流动性影响显著,流动性与球形度及磨圆度呈正相关,与棱角度呈负相关。基于球形度、磨圆度和棱角度构建的模型与基于全形貌特征参数构建的模型对砂浆流动性的预测效果相当。轴比指标对砂浆早期抗压强度影响较显著,随着强度的发展,棱角度对抗压强度的影响逐渐增强。球形度、比表面积和棱角度对砂浆抗折强度影响较显著。基于全形貌特征参数与优选形貌特征参数构建BP神经网络模型对砂浆抗压、抗折性能预测误差均小于10%,表明采用该方法预测砂浆性能具有一定可行性。

关键词：机制砂三维扫描球谐重构形貌特征参数砂浆性能

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考虑不同影响因素的砂岩损伤特征及其卸荷破坏细观特性研究

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岩土力学 2019年第4期40卷 1341-1350页

作者：王宇艾芊李建林邓华锋三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002 中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100044 三峡大学防灾减灾湖北省重点实验室湖北宜昌443002

实际赋存环境中损伤岩体普遍存在,选取典型砂岩进行蠕变、饱水损伤模拟,进行不同影响因素作用下的岩样损伤变量分析计算,并进行不同影响因素作用下的损伤砂岩卸荷破坏试验,利用ST400型三维表面形貌仪对损伤砂岩卸荷破坏表面进行形貌特... 详细信息

实际赋存环境中损伤岩体普遍存在,选取典型砂岩进行蠕变、饱水损伤模拟,进行不同影响因素作用下的岩样损伤变量分析计算,并进行不同影响因素作用下的损伤砂岩卸荷破坏试验,利用ST400型三维表面形貌仪对损伤砂岩卸荷破坏表面进行形貌特征参数对比分析,探讨蠕变、饱水损伤对卸荷破坏面形貌变化影响机制。通过损伤变量分析表明:弹性模量法能较好地反映不同影响因素作用下的岩样损伤程度;而超声波检测法对水敏感性强,不能准确描述蠕变劣化岩样饱水后的损伤程度。不同损伤程度试样卸荷破坏面形貌高度特征参数及分形参数分析表明:蠕变、饱水损伤增加了破坏面的整体粗糙程度,使破坏面形貌的离散性和波动性较大;蠕变、饱水损伤导致试样破坏面形貌平整度较低、各向异性显著,且分形维数随着试样由负损伤向正损伤转化出现先减小后增大的趋势;对比分析两组试样可知,蠕变损伤后的饱水作用对试样破坏面形貌特征影响不显著,蠕变损伤仍起控制作用。

关键词：岩石力学损伤变量三维形貌扫描形貌特征参数

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基于三维扫描技术的锈蚀钢筋形貌表征与其力学性能的相关性研究

基于三维扫描技术的锈蚀钢筋形貌表征与其力学性能的相关性研究

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作者：贺海东深圳大学

学位级别：硕士

钢筋混凝土结构在建筑结构中应用非常广泛,由于服役环境的多样性和混凝土结构孔隙的不均匀性,极易引起内部钢筋的不均匀锈蚀从而降低建筑结构的使用寿命,造成巨大的经济财产损失。统计研究锈蚀钢筋的表观形貌的特征及其对锈蚀钢筋力学... 详细信息

钢筋混凝土结构在建筑结构中应用非常广泛,由于服役环境的多样性和混凝土结构孔隙的不均匀性,极易引起内部钢筋的不均匀锈蚀从而降低建筑结构的使用寿命,造成巨大的经济财产损失。统计研究锈蚀钢筋的表观形貌的特征及其对锈蚀钢筋力学性能退化的影响有利于我们评估混凝土结构的耐久性,本文主要工作和研究成果如下:本文通过半浸入法通电加速锈蚀混凝土中的钢筋为样本,基于三维扫描技术和MATLAB平台获取了锈蚀钢筋的平均(体积)锈蚀率,临界锈蚀率,最大坑深,不均匀系数R(平均横截面积与临界横截面积之比)等锈蚀参数,通过统计回归分析,建立了其与质量锈蚀率的关系。采用概率统计的方法,对获取的试验数据进行分析,研究发现,最大坑深服从极值I型分布,最大坑深和平均坑深的比值服从对数正态分布,不均匀系数R服从极值II型分布;基于分形理论和统计学,得到了表征锈蚀钢筋不均匀程度的两个参数:特征轮廓参数和整体不均匀系数(6)。对锈蚀钢筋进行了静力拉伸和动力特性试验,对比分析了平均锈蚀率、临界锈蚀率,截面差异率(临界锈蚀率-平均锈蚀率)、不均匀系数、特征轮廓参数、整体不均匀系数多种锈蚀特征参数用于评价锈蚀钢筋力学性能的影响,通过回归分析发现:平均锈蚀率和临界锈蚀率都能够很好的评价锈蚀钢筋的屈服/极限荷载,其随着锈蚀率的增大而线性减小;用临界锈蚀率去评价锈蚀钢筋的实际强度,锈蚀并不会改变钢筋的实际屈服/极限强度;名义屈服/极限强度和延展性都随着各种锈蚀特征参数的增大而呈现减少的趋势,其中名义屈服/极限强度随着不均匀系数和截面差异率的增大呈现强线性退化规律,延展性随着不均匀系数和截面差异率的增大呈现指数退化规律,这两种锈蚀特征参数展现了较强的优越性相比于其他锈蚀特征参数;锈蚀钢筋的固有频率随着质量锈蚀率的增大而线性减小且阶数越高降低率越小。将三维扫描建立的实体模型导入有限元分析软件进行单轴拉伸模拟,较好的还原了锈蚀钢筋的力学性能,证明了有限元模拟的可靠性,对锈蚀钢筋进行了应力分布研究,提取了锈蚀钢筋的节点应力,模拟发现:锈蚀钢筋的最小横截面积处并不一定是锈蚀钢筋的应力最大位置,锈蚀钢筋的最大应力由最小横截面积和锈坑形状共同决定。采用机器学习的方法对锈蚀钢筋力学性能进行预测,将120根锈蚀钢筋中90%的数据作为训练集,10%的数据作为测试集,输入为锈蚀钢筋特征参数,输出为锈蚀钢筋力学性能,通过随机森林算法研究发现:将所有锈蚀特征参数全部考虑进去(平均锈蚀率、临界锈蚀率、不均匀系数、整体不均匀系数、最大坑深,锈蚀段长度)预测结果较为准确,去掉最弱关联因素锈蚀段长度将剩余5个锈蚀特征参数随机组合发现,当锈蚀特征参数输入多于或等于4个时,预测结果都相对较好;当输入3个锈蚀特征参数时,R+Ra+(6)的预测结果最好;当输入两个锈蚀特征参数时,R+Ra或(60))+R的组合预测结果最好。将随机森林算法的预测结果和支持向量机对比发现随机森林算法的预测结果明显优于支持向量机。

关键词：不均匀锈蚀三维扫描形貌特征参数力学性能有限元模拟机器学习

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基于织物表面形貌特征的吸湿快干性能研究

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作者：周橙东华大学

学位级别：硕士

随着生活水平的逐渐提高,人们对于服装的舒适性提出了更高的要求,而服装的吸湿快干性能是影响服装穿着舒适性的重要因素。在目前吸湿快干类产品中,天然纤维类纺织品越来越受到消费者的喜爱。麻织物和竹纤维织物具有良好的吸湿透气性能,... 详细信息

随着生活水平的逐渐提高,人们对于服装的舒适性提出了更高的要求,而服装的吸湿快干性能是影响服装穿着舒适性的重要因素。在目前吸湿快干类产品中,天然纤维类纺织品越来越受到消费者的喜爱。麻织物和竹纤维织物具有良好的吸湿透气性能,这类织物表面具有凹凸不平和粗糙的不均匀纹理形貌特征。因此,本文从织物表面形貌的角度,采用织物组织的设计方法进行织物形貌设计,利用不同的形貌分析方法对织物的表面结构进行表征,探究其对织物导湿和散湿性能的影响。首先,本课题从不均匀的表面形貌模型中提取出描述其几何形状的特征参数(凸起的面积、凸起的分布以及凸起的类型),并从织物组织的角度将几何特征参数转换成组织设计参数(组织循环的面积、组织分布位置以及组织的类型)。采用9种不同的基础组织通过小提花设计、田字格形设计和分形设计三种组织设计方法制备了16种具有不同表面形貌的织物。同时根据国家标准,对25种织物进行了导湿性能和散湿性能的测试。其次,在研究过程中,采用图像处理法对织物进行三维重建,得到的织物三维形貌图像和三维空间信息,准确地刻画了不同组织结构织物的表面形貌。同时利用不同的形貌分析方法对织物的表面形貌特征进行了表征。采用灰度共生矩阵对织物表面纱线和孔隙形成的纹理特征进行分析,发现灰度共生矩阵特征值中的熵值能对织物不同方向上的纹理进行描述,矩阵的熵值越大,织物的纹理越复杂。采用表面平均粗糙度对织物表面的纱线在厚度方向上位移距离的离散程度进行了表征,结果表明织物的表面粗糙度越大,织物的经纬纱线屈曲差异越大。采用体积孔隙率对纱线在织物空间的占有率进行描述,结果表明织物体积孔隙率越大,相同织物体积条件下织物纤维纱线间的缝隙孔洞就越多。最后,根据织物形貌特征参数描述的织物表面形貌结构,分析了不同的织物形貌特征对织物导湿和散湿性能的影响。织物导湿性能指标包括芯吸高度和扩散面积,分别受到织物表面纹理的熵值和粗糙度的影响。灰度共生矩阵描述的是织物表面纹理的复杂程度,包含了织物纱线的排列分布和形成的孔隙情况,控制了水分子在织物截面的纵向传递,影响了织物芯吸性能的表达。研究结果表明,通过小提花方式设计得到的织物,其芯吸高度随着织物表面纹理熵值的增大而增大;通过田字格形方式设计得到的织物的芯吸高度随着熵值的增加先上升后下降;通过分形设计得到的织物的芯吸高度随着熵值的增加而增大。织物表面平均粗糙度描述的是形成织物的经纬纱线在空间的高度变化,控制了水分子在织物表面的传递效率,影响了织物的扩散面积。研究结果发现,以小提花方式设计得到的织物扩散面积随着织物粗糙度的增大先下降后上升,最后再下降;以田字格形方式设计得到织物的扩散面积随着织物粗糙度的增加先下降后上升;以分形方式设计得到织物的扩散面积随着织物粗糙度的增加先上升后下降。本课题研究的织物散湿性能指标包括透湿率和散湿速率,分别受到了织物体积孔隙率和织物表面粗糙度的影响。体积孔隙率描述的是织物孔隙的占有率,控制了织物孔隙的数量和体积,影响了水蒸气分子的扩散效率即织物的透湿性能。研究表明,三类织物组织设计方法形成的织物的透湿率与织物体积孔隙率的变化趋势相同,织物的透湿率随着织物体积孔隙率的增大而增大。织物表面粗糙度决定了水分子在织物表面的分布状态,影响了织物的散湿速率。以小提花方式设计得到的织物的散湿速率随着织物粗糙度的增大而增大;以田字格形方法设计得到的织物的散湿速率随着织物粗糙度的增加先上升后下降;而当以分形方法设计的织物的散湿性能随着织物粗糙度的增加先下降后上升。

关键词：织物表面形貌织物组织设计形貌特征参数导湿性能散湿性能

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