一種基于剖面塑形法的混凝土骨料結構特征拾取方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及骨料結構特征拾取技術，具體涉及一種基于剖面塑形法的混凝土骨料結構特征拾取方法。
【背景技術】
[0002]如今混凝土越來越廣泛地應用于工程之中，人們對其物理性能的研究也一直沒有間斷過。隨著數值計算技術的發展，數值試驗為混凝土物理力學性質的研究并揭示混凝土變形破裂機理提供了新的技術支持。而利用數值計算技術對混凝土顆粒結構的模擬也逐漸成為熱門課題。
[0003]目前，國內外對混凝土顆粒結構的三維重建，主要采用以下兩種方法:第一、對混凝土柱形試件進行切片處理，再利用掃描技術對各橫切面進行掃描，通過圖像處理軟件，實現對混凝土柱形試件內部顆粒的三維重建；第二、利用掃描技術直接對混凝土顆粒進行三維掃描，通過邊界識別軟件重建混凝土顆粒三維模型。在實際使用中，上述第一種方法在對混凝土柱形試件進行切片處理時，尤其是強度較大的混凝土試件，薄片的切割難度較大，從而導致重塑的三維模型不夠準確；第二種三維重建方法所需費用較高，且耗時耗力。上述混凝土顆粒結構的三維重建方法在實際應用中均存在一定地制作困難、費用較高等限制條件，不利于重構三維模型的推廣。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種基于剖面塑形法的混凝土骨料結構特征拾取方法，利用進行三維重建的混凝土材料制作油泥模塊，對制成的油泥模塊進行切割、掃描，將獲取的油泥模塊掃描圖像進行圖像處理，并進行混凝土顆粒結構三維空間模型重構，最終將得到的混凝土顆粒結構三維空間模型進行方向和位置的隨機分布，實現混凝土骨料結構特征拾取。本發明操作步驟簡單、設計合理，實現方便，使用效果好，并且投入成本較低。并且本發明建立的混凝土顆粒結構三維模型能夠很好地應用于數值計算之中。
[0005]為了達到上述目的，本發明通過以下技術方案實現:
[0006]—種基于剖面塑形法的混凝土骨料結構特征拾取方法，其特點是，該結構特征拾取方法包含:
[0007]S1，利用進行三維重建的混凝土材料制作油泥模塊；
[0008]S2，對所述步驟S1制成的油泥模塊進行切割、掃描；
[0009]S3，將所述步驟S2獲取的油泥模塊掃描圖像進行圖像處理；
[0010]S4，將處理后的掃描圖像進行混凝土顆粒結構三維空間模型重構；
[0011]S5，將得到的混凝土顆粒結構三維空間模型進行方向和位置的隨機分布，實現混凝土骨料結構特征拾取。
[0012]所述步驟S1包含:
[0013]S1.1，獲取需進行三維重建的混凝土材料，包含:混凝土顆粒、油泥材料、防粘油及油泥箱；其中，油泥材料包含石蠟、凡士林、碳酸鈣；
[0014]S 1.2，制作漿狀油泥；
[0015]S1.3，制作分塊油泥模塊；
[0016]S1.4，將所述分塊油泥模塊進行定位標記和劃分等高線。
[0017]所述步驟S1.2包含:
[0018]將石蠟、凡士林放入反應釜內加熱，待原料溶化后再加入碳酸鈣，在反應釜內攪拌均勻直至無細團狀粉料為止，確保此時的漿狀油泥粘度能夠使放入混凝土顆粒后，不會沉底。
[0019]所述步驟S1.3包含:
[0020]S1.3.1，將所述油泥箱的兩側面擋板設計為可拆卸擋板，該油泥箱的箱蓋尺寸與該油泥箱的內壁尺寸匹配；
[0021]S1.3.2，在所述油泥箱內壁均有涂抹防粘油，將所述步驟S1.2制成的所述漿狀油泥倒入該油泥箱內，并攪拌均勻；
[0022]S1.3.3，將所有混凝土顆粒表面均勻涂抹防粘油，將處理后的所有所述混凝土顆粒間隔埋入所述步驟S1.3.2中的漿狀油泥中，使得所述漿狀油泥能夠完全包裹所有的混凝土顆粒；
[0023]S1.3.4，采用上述油泥箱的箱蓋對所述步驟S1.3.3處理后的漿狀油泥進行壓縮，直至油泥間不出現縫隙，制成整塊油泥模塊；
[0024]S1.3.5，將經所述步驟S1.3.4處理后油泥箱放入水中進行冷卻，冷卻溫度確保油泥模塊能夠進行切割而不至切割面變形，待油泥冷卻變硬后，拆下所述油泥箱的兩側面擋板，利用其中一個所述側面擋板，將所述油泥模塊從該油泥箱內推出；
[0025]S1.3.6，將取出的所述油泥模塊根據所述混凝土顆粒間距的中部進行切分，分成若干帶有單個混凝土顆粒的油泥模塊體，該油泥模塊體的長寬高尺寸不大于所述混凝土顆粒各方向上最大尺寸的1.5倍，分塊油泥模塊制作完成。
[0026]所述步驟S1.4包含:
[0027]S1.4.1，采用截面不對稱鋼具對所述步驟S1.3制成的所述分塊油泥模塊頂部拐角邊緣鉆取一個不對稱形狀的小孔，作為掃描定位的參考標記；
[0028]S1.4.2，根據數值計算模型的精度要求，確定所述分塊油泥模塊的等高線的高差；并在所述分塊油泥模塊側面畫出閉合等高線。
[0029]所述步驟S2包含:
[0030]S2.1，沿著所述步驟S1.4畫好的閉合等高線將所述分塊油泥模塊進行切割，在所述油泥與所述混凝土顆粒結合處，沿著該混凝土顆粒外表面對油泥進行切割分離，并將切割下來的油泥切片進行標記；
[0031]S2.2，根據所述步驟S2.1的標記順序，對所有的所述油泥切片進行逐個掃描，并獲取每個所述油泥切片的掃描圖像。
[0032]所述步驟S3包含:
[0033]對所述步驟S2獲取的掃描圖像進行讀入，再將其轉化為灰度圖像，采用邊緣檢測算子對各層切片進行邊緣檢測和提取，找出圖像邊緣非零坐標值，生成二維閉合曲線。
[0034]所述步驟S4包含:
[0035]將所述步驟S3獲取的所述二維閉合曲線進行面域處理，并利用布爾操作按等高線的高差對二維閉合曲線進行垂直拉伸，構建三維空間模型，得到數值計算所需要的混凝土顆粒結構三維空間模型。
[0036]所述步驟S5包含:
[0037]將所述步驟S4得到的多組所述混凝土顆粒三維空間模型進行方向和位置的隨機分布，確保其空間分布不得超過柱體邊界范圍。
[0038]本發明與現有技術相比具有以下優點:
[0039]本發明公開的一種基于剖面塑形法的混凝土骨料結構特征拾取方法，利用進行三維重建的混凝土材料制作油泥模塊，對制成的油泥模塊進行切割、掃描，將獲取的油泥模塊掃描圖像進行圖像處理，并進行混凝土顆粒結構三維空間模型重構，最終將得到的混凝土顆粒結構三維空間模型進行方向和位置的隨機分布，實現混凝土骨料結構特征拾取。本發明操作步驟簡單、設計合理，實現方便，使用效果好，并且投入成本較低。本發明建立的混凝土顆粒結構三維模型能夠很好地應用于數值計算之中。本發明采用的油泥獲取方便容易，且便于成形，該種油泥與混凝土顆粒黏合固化后的模型效果好，且油泥切片可保存也可軟化后重復使用，應用到實驗當中，實現方便，成本低廉。
【附圖說明】
[0040]圖1為本發明一種基于剖面塑形法的混凝土骨料結構特征拾取方法的整體流程示意圖。
[0041]圖2為本發明一種基于剖面塑形法的混凝土骨料結構特征拾取方法的油泥箱示意圖。
[0042]圖3為本發明一種基于剖面塑形法的混凝土骨料結構特征拾取方法的分塊油泥豐旲塊不意圖。
[0043]圖4為本發明一種基于剖面塑形法的混凝土骨料結構特征拾取方法的油泥模塊切割不意圖。
【具體實施方式】
[0044]以下結合附圖，通過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本發明做進一步闡述。
[0045]如圖1所示，一種基于剖面塑形法的混凝土骨料結構特征拾取方法，該結構特征拾取方法包含:
[0046]S1，利用進行三維重建的混凝土材料制作油泥模塊。該步驟S1包含:
[0047]S1.1，獲取需進行三維重建的混凝土材料，包含:混凝土顆粒、油泥材料、防粘油及油泥箱；其中，油泥材料包含石蠟、凡士林、碳酸鈣。
[0048]本實施例中，油泥需采用黑色材料制成，便于后續二值化處理后的圖像掃描的邊緣檢測計算。油泥也可采用其他可塑材料替代，如環氧樹脂。采用環氧樹脂時，可根據實驗條件與丙酮、乙二胺和鄰苯二甲酸二丁酯等進行一定比例的混合配制，以達到凝固后即可切割且模型不易變形的實驗要求。
[0049]S1.2，制作漿狀油泥。該步驟S1.2包含:
[0050]將石蠟、凡士林放入反應釜內加熱，待原料溶化后再加入碳酸鈣，在反應釜內攪拌均勻直至無細團狀粉料為止，確保此時的漿狀油泥粘度能夠使放入混凝土顆粒后，不會沉底。
[0051]本發明中，也可采用振動機對漿狀油泥進行振動處理，從而將漿狀油泥內部的空氣排出，并能夠保證油泥與混凝土顆粒表面的緊密貼合。
[0052]S1.3，制作分塊油泥模塊。該步驟S1.3包含:
[0053]S1.3.1，將油泥箱的兩側面擋板設計為可拆卸擋板，該油泥箱的箱蓋尺寸與該油泥箱的內壁尺寸匹配。
[0054]如圖2所示，本發明中的油泥箱采用不銹鋼材料制成。油泥箱兩側面設有可拆卸擋板3，油泥箱另外側面均為固定擋板4，油泥箱頂部的箱蓋1與油泥箱的可拆卸擋板3、固定擋板4形成的內壁尺寸匹配。
[0055]S1.3.2，在油泥箱內壁均有涂抹防粘油，將步驟S1.2制成的漿狀油泥倒入該油泥箱內，并攪拌均勻。
[0056]本實施例中，在油泥箱內壁均有涂抹防粘油的厚度盡量控制在相對可忽略的尺寸。
[0057]S1.3.3，將所有混凝土顆粒表面均勻涂抹防粘油，將處理后的所有混凝土顆粒間隔埋入步驟S1.3.2中的漿狀油泥中，使得漿狀油泥能夠完全包裹所有的混凝土顆粒。
[0058]在本步驟中，每個混凝土顆粒表面涂抹防粘油的厚度應盡量控制在相對顆粒模型可忽略的尺寸。
[0059]S1.3.4，采用上述油泥箱的箱蓋對步驟S1.3.3處理后的漿狀油泥進行壓縮，直至油泥間不出現縫隙，制成整塊油泥模塊。
[0060]S1.3.5，將經步驟S1.3.4處理后油泥箱放入水中進行冷卻，冷卻溫度確保油泥模塊能夠進行切割而不至切割面變形，待油泥