ויזואליזציה של כישלון והתנהגות מכנית בקנה מידה מכני של קרקעות גרעיניות תחת הטיה באמצעות סינכרוטרון X-Ray מיקרו טומוגרפיה

פרוטוקול זה מאפשר לרכוש נתונים בקנה מידה חלקיקי של קרקעות פרטני באמצעות מיקרו טומוגרפיה רנטגן ולפתח הבנה של התהליכים בקנה מידה מיקרו ומנגנונים שבבסיס ההתנהגות המיקרוסקופית של חומרים פרטניים. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא מספקת גישה מלאה למידע בקנה מידה החלקיק של קרקעות פרטני כולל מורפולוגיה חלקיקים, מיקרו מבנה, שבירה, תזוזה, וסיבוב בתוך עיוות של חומרים פרטניים. שיטה זו יכולה להיות מיושמת גם על חקירת סוגים אחרים של חומרים טבעיים או סינתטיים מבוססי אבן כגון סלעים, תערובת סלעי אדמה, בטון, קרמיקה, אספלט ואפילו מרוכבים פולימריים.

התחל בתכנון הניסוי זמן רב מראש כמתואר בפרוטוקול הטקסט. קבע חומר בדיקה, גודל חלקיקים, גודל דגימה ודגום נקבוביות ראשונית. כדי להכין דגימת אדמה על הלוח, ראשית להוסיף כמות קטנה של שומן סיליקון סביב פני השטח בצד השני של הקצה העליון של צלחת הבסיס.

לאחר מכן מניחים אבן נקבובית על פני השטח העליונים שלה. שים קרום סביב פני השטח בצדדים של הקצה העליון. מוסיפים כמות קטנה של שומן סיליקון על משטחי המגע בין שני החלקים של יצרנית הדגימה ומציבים את יצרנית הדגימה על צלחת הבסיס כדי לאפשר לממברנה לעבור דרכה.

נעל את יצרנית הדגימה. צור יניקה בתוך יצרנית הדגימה דרך הזרבובית שלה באמצעות משאבת ואקום. תקן את הממברנה למשטח בצד השני של הקצה העליון שלה.

ודא כי הממברנה מחוברת לפני השטח הפנימיים של יצרנית הדגימה. זרוק את החומר הגרעיני הבדיקה מגובה מסוים לתוך יצרנית המדגם באמצעות משפך עד שהוא מלא לחלוטין. המשטח העליון של דגימת הקרקע צריך להיות באותה רמה כמו הקצה העליון של יצרנית הדגימה.

מניחים אבן נקבובית נוספת על גבי דגימת הקרקע. החל קצת שומן סיליקון סביב פני השטח בצד השני של צלחת כרית נירוסטה ולהחיל אותו על גבי האבן הנקבובית. מוציאים את הצד העליון של הממברנה ממכונת הדגימה ומסדרים אותה לצלחת הכרית.

הסר את היניקה בתוך הזרבובית יצרנית מדגם וליצור יניקה בתוך השסתום על צלחת הבסיס. לבסוף, הסר את יצרנית הדגימה. דגימה יבשה מיניאטורית מיוצרת.

עכשיו, לתקן את התא המגביל על לוח הבסיס ולתקן את הלוח העליון התא בחלק העליון של התא המרתק. תדביק את שאר מנגנון הטעינה על הלוח העליון של התא. הוסף לחץ מוגבל קבוע של 25 קילופסקלים לדגימה ולהסיר את היניקה בתוך המדגם.

הגדל בהדרגה את הלחץ המוגבל לערך קבוע מראש באמצעות התקן הצעת הלחץ המוגבל. כדי לסרוק מקטע מהדגימה, הגדר את הטומוגרפיה המחושבת או את סורק ה- CT למצב לכידת תמונה. לאחר מכן, התחל את שלב הסיבוב כדי לסובב את המנגנון כולו על פני 180 מעלות בקצב סיבוב קבוע מראש כדי ללכוד תחזיות CT של המדגם בזוויות שונות.

עבור סורק CT ברזולוציה מרחבית גבוהה, סריקה מלאה של המדגם בדרך כלל דורשת את המדגם כדי לסרוק בכמה גבהים שונים. החל עומס על המדגם עם קצב טעינה קבוע. כאן נעשה שימוש בשיעור טעינה של 0.2 אחוז לדקה.

משתמשים יכולים להגדיר קצב טעינה שונה בהתאם לדרישת הניסוי. השהה את הטעינה האקסיאלית בזן צנומי שנקבע מראש. המתן עד שהכוח האקסיאלי הנמדד יגיע לערך קבוע, ובצע את הסריקה הבאה.

חזור על שלבים אלה עד לסיום הטעינה. אנו בונים פרוסות CT של המדגם בהתבסס על תחזיות CT לאחר אחזור שלב באמצעות תוכנת PITRE. טען את ההקרנות לתוך PITRE מתדמית טעינת התפריט.

לחץ על סינוגרם הקרנה סמל. הזינו פרמטרים רלוונטיים בחלון הופיע ולחצו על סינגל כדי לבנות מחדש פרוסת CT. הטמיעו סינון תמונה בפרוסות ה-CT.

מסנן דיפוזיה אניסוטרופי משמש לביצוע סינון תמונות. עכשיו, לבצע binarization תמונה על פרוסות CT מסוננים. לשם כך, יש ליישם את binarization התמונה על-ידי החלת סף ערך עוצמה על פרוסות ה- CT.

ערך זה נקבע בהתאם לעוצמת היסטוגרמה של פרוסות CT בשיטה של Otsu. הפרד חלקיקים בודדים מפרוסות ה- CT binarized באמצעות אלגוריתם קו פרשת מים מבוסס סמן ואחסן את התוצאות בתמונה תלת-מיתת המסומנים בתווית. אמת את התוצאות על-ידי השוואת התפלגות גודל החלקיק המחושב מתווית ה- CT לאלה מבדיקת מסנה מכנית.

סקריפט matlab משמש לחילוץ תכונות חלקיקים, כולל נפח החלקיק, שטח הפנים של החלקיק, כיוון החלקיק וקואורדינטות מרכז החלקיק. פונקציות matlab פנימיות משמשות לרכישת מאפיינים אלה עבור כל חלקיק. לחלץ שוחות מגע מפרוסות CT binarized על ידי יישום של לוגי פעולה בין התמונה הבינארית של פרוסות CT ואת התמונה הבינארית של קווי קו פרשת המים שנרכשו מיישום אלגוריתם קו פרשת המים מבוסס סמן.

כדי לכמת את שדה המתח של המדגם, השתמש בשיטה מבוססת רשת כדי לחשב את שדה המתח במהלך כל שתי סריקות רצופות, בהתבסס על תרגום החלקיק וסיבוב החלקיק. לנתח את האבולוציה מגע בין חלקיקים של המדגם. בהתבסס על השוחות שחולצו במגע, התמונות המסומנות של חלקיקים, ותוצאות מעקב החלקיקים, מנתחים את כיוון וקטור הענף של אנשי הקשר האבודים ואת אנשי הקשר שנרכשו בתוך המדגם במהלך כל תוספת קבועה של מניות.

עקומת מתח-זן פרוסה דו-מי-דו-מית של דגימת חול Leighton Buzzard תחת דחיסה טריאקסיאלית מוצגים. להלן תוצאות קינטיקה של חלקיקים בפרוסה הדו-מיתת במהלך הבדיקה. רוב החלקיקים נמצאים במעקב מוצלח והתרגומים והסיבובים שלהם מכומתים.

רצועה מקומית מפותחת הן במפת תזוזת החלקיקנים והן במפת סיבוב החלקיקים בסוף הבדיקה. מוצג כאן תדירות האוריינטציה מנורמלת של וקטורים ענף של אנשי קשר שנרכשו ואנשי קשר שאבדו המדגם במהלך הבדיקה. המגעים האבודים מפגינים העדפה כיוונית ברורה כלפי כיוון הלחץ העקרוני הקטן במהלך הבחינה.

הכיול של ציר הסיבוב כמפורט בפרוטוקול הטקסט חשוב מכיוון שהשיקום המוצלח של פרוסת CT לא מסתמך רק על המיקום המתאים של שלב הסיבוב. כדי למנוע קרינה מיוננת לגופי האדם ממקור הרנטגן, יש לוודא שכל הדלתות והחלונות של חדר הסריקה סגורים כראוי לפני כל סריקה. לאחר הליך דומה, בדיקות מכון עם דיפראקציה רנטגן או פיזור יכול להתבצע.

זה מספק כלי למדידה של כוחות מגע בין חלקיקים ו התפשטותם בתוך החומרים פרטניים להרכיב. הנתונים הניסיוניים הנרכשים יכולים לשמש לפיתוח מודלים מכוננים מתקדמים של חול, בהתחשב בהתנהגויות המכאניות שלהם בקנה מידה תבואה, ולמודלים מספריים של חולות תחת טעינה.