一种基于剖面塑形法的混凝土骨料结构特征拾取方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及骨料结构特征拾取技术，具体涉及一种基于剖面塑形法的混凝土骨料结构特征拾取方法。
【背景技术】
[0002]如今混凝土越来越广泛地应用于工程之中，人们对其物理性能的研究也一直没有间断过。随着数值计算技术的发展，数值试验为混凝土物理力学性质的研究并揭示混凝土变形破裂机理提供了新的技术支持。而利用数值计算技术对混凝土颗粒结构的模拟也逐渐成为热门课题。
[0003]目前，国内外对混凝土颗粒结构的三维重建，主要采用以下两种方法:第一、对混凝土柱形试件进行切片处理，再利用扫描技术对各横切面进行扫描，通过图像处理软件，实现对混凝土柱形试件内部颗粒的三维重建；第二、利用扫描技术直接对混凝土颗粒进行三维扫描，通过边界识别软件重建混凝土颗粒三维模型。在实际使用中，上述第一种方法在对混凝土柱形试件进行切片处理时，尤其是强度较大的混凝土试件，薄片的切割难度较大，从而导致重塑的三维模型不够准确；第二种三维重建方法所需费用较高，且耗时耗力。上述混凝土颗粒结构的三维重建方法在实际应用中均存在一定地制作困难、费用较高等限制条件，不利于重构三维模型的推广。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种基于剖面塑形法的混凝土骨料结构特征拾取方法，利用进行三维重建的混凝土材料制作油泥模块，对制成的油泥模块进行切割、扫描，将获取的油泥模块扫描图像进行图像处理，并进行混凝土颗粒结构三维空间模型重构，最终将得到的混凝土颗粒结构三维空间模型进行方向和位置的随机分布，实现混凝土骨料结构特征拾取。本发明操作步骤简单、设计合理，实现方便，使用效果好，并且投入成本较低。并且本发明建立的混凝土颗粒结构三维模型能够很好地应用于数值计算之中。
[0005]为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现:
[0006]—种基于剖面塑形法的混凝土骨料结构特征拾取方法，其特点是，该结构特征拾取方法包含:
[0007]S1，利用进行三维重建的混凝土材料制作油泥模块；
[0008]S2，对所述步骤S1制成的油泥模块进行切割、扫描；
[0009]S3，将所述步骤S2获取的油泥模块扫描图像进行图像处理；
[0010]S4，将处理后的扫描图像进行混凝土颗粒结构三维空间模型重构；
[0011]S5，将得到的混凝土颗粒结构三维空间模型进行方向和位置的随机分布，实现混凝土骨料结构特征拾取。
[0012]所述步骤S1包含:
[0013]S1.1，获取需进行三维重建的混凝土材料，包含:混凝土颗粒、油泥材料、防粘油及油泥箱；其中，油泥材料包含石蜡、凡士林、碳酸钙；
[0014]S 1.2，制作浆状油泥；
[0015]S1.3，制作分块油泥模块；
[0016]S1.4，将所述分块油泥模块进行定位标记和划分等高线。
[0017]所述步骤S1.2包含:
[0018]将石蜡、凡士林放入反应釜内加热，待原料溶化后再加入碳酸钙，在反应釜内搅拌均匀直至无细团状粉料为止，确保此时的浆状油泥粘度能够使放入混凝土颗粒后，不会沉底。
[0019]所述步骤S1.3包含:
[0020]S1.3.1，将所述油泥箱的两侧面挡板设计为可拆卸挡板，该油泥箱的箱盖尺寸与该油泥箱的内壁尺寸匹配；
[0021]S1.3.2，在所述油泥箱内壁均有涂抹防粘油，将所述步骤S1.2制成的所述浆状油泥倒入该油泥箱内，并搅拌均匀；
[0022]S1.3.3，将所有混凝土颗粒表面均匀涂抹防粘油，将处理后的所有所述混凝土颗粒间隔埋入所述步骤S1.3.2中的浆状油泥中，使得所述浆状油泥能够完全包裹所有的混凝土颗粒；
[0023]S1.3.4，采用上述油泥箱的箱盖对所述步骤S1.3.3处理后的浆状油泥进行压缩，直至油泥间不出现缝隙，制成整块油泥模块；
[0024]S1.3.5，将经所述步骤S1.3.4处理后油泥箱放入水中进行冷却，冷却温度确保油泥模块能够进行切割而不至切割面变形，待油泥冷却变硬后，拆下所述油泥箱的两侧面挡板，利用其中一个所述侧面挡板，将所述油泥模块从该油泥箱内推出；
[0025]S1.3.6，将取出的所述油泥模块根据所述混凝土颗粒间距的中部进行切分，分成若干带有单个混凝土颗粒的油泥模块体，该油泥模块体的长宽高尺寸不大于所述混凝土颗粒各方向上最大尺寸的1.5倍，分块油泥模块制作完成。
[0026]所述步骤S1.4包含:
[0027]S1.4.1，采用截面不对称钢具对所述步骤S1.3制成的所述分块油泥模块顶部拐角边缘钻取一个不对称形状的小孔，作为扫描定位的参考标记；
[0028]S1.4.2，根据数值计算模型的精度要求，确定所述分块油泥模块的等高线的高差；并在所述分块油泥模块侧面画出闭合等高线。
[0029]所述步骤S2包含:
[0030]S2.1，沿着所述步骤S1.4画好的闭合等高线将所述分块油泥模块进行切割，在所述油泥与所述混凝土颗粒结合处，沿着该混凝土颗粒外表面对油泥进行切割分离，并将切割下来的油泥切片进行标记；
[0031]S2.2，根据所述步骤S2.1的标记顺序，对所有的所述油泥切片进行逐个扫描，并获取每个所述油泥切片的扫描图像。
[0032]所述步骤S3包含:
[0033]对所述步骤S2获取的扫描图像进行读入，再将其转化为灰度图像，采用边缘检测算子对各层切片进行边缘检测和提取，找出图像边缘非零坐标值，生成二维闭合曲线。
[0034]所述步骤S4包含:
[0035]将所述步骤S3获取的所述二维闭合曲线进行面域处理，并利用布尔操作按等高线的高差对二维闭合曲线进行垂直拉伸，构建三维空间模型，得到数值计算所需要的混凝土颗粒结构三维空间模型。
[0036]所述步骤S5包含:
[0037]将所述步骤S4得到的多组所述混凝土颗粒三维空间模型进行方向和位置的随机分布，确保其空间分布不得超过柱体边界范围。
[0038]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0039]本发明公开的一种基于剖面塑形法的混凝土骨料结构特征拾取方法，利用进行三维重建的混凝土材料制作油泥模块，对制成的油泥模块进行切割、扫描，将获取的油泥模块扫描图像进行图像处理，并进行混凝土颗粒结构三维空间模型重构，最终将得到的混凝土颗粒结构三维空间模型进行方向和位置的随机分布，实现混凝土骨料结构特征拾取。本发明操作步骤简单、设计合理，实现方便，使用效果好，并且投入成本较低。本发明建立的混凝土颗粒结构三维模型能够很好地应用于数值计算之中。本发明采用的油泥获取方便容易，且便于成形，该种油泥与混凝土颗粒黏合固化后的模型效果好，且油泥切片可保存也可软化后重复使用，应用到实验当中，实现方便，成本低廉。
【附图说明】
[0040]图1为本发明一种基于剖面塑形法的混凝土骨料结构特征拾取方法的整体流程示意图。
[0041]图2为本发明一种基于剖面塑形法的混凝土骨料结构特征拾取方法的油泥箱示意图。
[0042]图3为本发明一种基于剖面塑形法的混凝土骨料结构特征拾取方法的分块油泥丰旲块不意图。
[0043]图4为本发明一种基于剖面塑形法的混凝土骨料结构特征拾取方法的油泥模块切割不意图。
【具体实施方式】
[0044]以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
[0045]如图1所示，一种基于剖面塑形法的混凝土骨料结构特征拾取方法，该结构特征拾取方法包含:
[0046]S1，利用进行三维重建的混凝土材料制作油泥模块。该步骤S1包含:
[0047]S1.1，获取需进行三维重建的混凝土材料，包含:混凝土颗粒、油泥材料、防粘油及油泥箱；其中，油泥材料包含石蜡、凡士林、碳酸钙。
[0048]本实施例中，油泥需采用黑色材料制成，便于后续二值化处理后的图像扫描的边缘检测计算。油泥也可采用其他可塑材料替代，如环氧树脂。采用环氧树脂时，可根据实验条件与丙酮、乙二胺和邻苯二甲酸二丁酯等进行一定比例的混合配制，以达到凝固后即可切割且模型不易变形的实验要求。
[0049]S1.2，制作浆状油泥。该步骤S1.2包含:
[0050]将石蜡、凡士林放入反应釜内加热，待原料溶化后再加入碳酸钙，在反应釜内搅拌均匀直至无细团状粉料为止，确保此时的浆状油泥粘度能够使放入混凝土颗粒后，不会沉底。
[0051]本发明中，也可采用振动机对浆状油泥进行振动处理，从而将浆状油泥内部的空气排出，并能够保证油泥与混凝土颗粒表面的紧密贴合。
[0052]S1.3，制作分块油泥模块。该步骤S1.3包含:
[0053]S1.3.1，将油泥箱的两侧面挡板设计为可拆卸挡板，该油泥箱的箱盖尺寸与该油泥箱的内壁尺寸匹配。
[0054]如图2所示，本发明中的油泥箱采用不锈钢材料制成。油泥箱两侧面设有可拆卸挡板3，油泥箱另外侧面均为固定挡板4，油泥箱顶部的箱盖1与油泥箱的可拆卸挡板3、固定挡板4形成的内壁尺寸匹配。
[0055]S1.3.2，在油泥箱内壁均有涂抹防粘油，将步骤S1.2制成的浆状油泥倒入该油泥箱内，并搅拌均匀。
[0056]本实施例中，在油泥箱内壁均有涂抹防粘油的厚度尽量控制在相对可忽略的尺寸。
[0057]S1.3.3，将所有混凝土颗粒表面均匀涂抹防粘油，将处理后的所有混凝土颗粒间隔埋入步骤S1.3.2中的浆状油泥中，使得浆状油泥能够完全包裹所有的混凝土颗粒。
[0058]在本步骤中，每个混凝土颗粒表面涂抹防粘油的厚度应尽量控制在相对颗粒模型可忽略的尺寸。
[0059]S1.3.4，采用上述油泥箱的箱盖对步骤S1.3.3处理后的浆状油泥进行压缩，直至油泥间不出现缝隙，制成整块油泥模块。
[0060]S1.3.5，将经步骤S1.3.4处理后油泥箱放入水中进行冷却，冷却温度确保油泥模块能够进行切割而不至切割面变形，待油泥