Визуализация отказа и связанного с зерном масштаба механического поведения гранулированных почв под стрижка с помощью синхротронной рентгеновской микротомографии

Данный протокол позволяет получать данные о масштабах частиц гранулированных почв с помощью рентгеновской микротомографии и развивать понимание микромасштабных процессов и механизмов, лежащих в основе микроскопического поведения гранулированных материалов. Основным преимуществом этого метода является то, что он обеспечивает полный доступ к информации о масштабах частиц гранулированных почв, включая морфологию частиц, микроструктуру, поломку, перемещение и вращение в деформации гранулированных материалов. Этот метод также может быть применен к исследованиям других видов каменных природных или синтетических материалов, таких как камни, почвенной каменной смеси, бетона, керамики, асфальта и даже полимерных композитов.

Начните с разработки эксперимента заблаговременно, как описано в текстовом протоколе. Определите испытательный материал, размер частиц, размер выборки и начальную пористость образца. Чтобы подготовить образец почвы на доске, сначала добавьте небольшое количество силиконовой смазки вокруг боковой поверхности верхнего конца базовой пластины.

Затем поместите пористый камень на его верхнюю поверхность. Положите мембрану вокруг боковой поверхности верхнего конца. Добавьте небольшое количество силиконовой смазки на контактные поверхности между двумя частями образца производителя и поместите образец производителя на базовой пластине, чтобы мембрана пройти через него.

Заблокив создателя образцов. Создайте всасывание внутри образца производителя через его сопла с помощью вакуумного насоса. Зафиксив мембрану на боковой поверхности ее верхнего конца.

Убедитесь, что мембрана прикреплена к внутренней поверхности образца производителя. Бросьте испытательный гранулированный материал с определенной высоты в образец создателя с помощью воронки, пока он не будет полностью заполнен. Верхняя поверхность образца почвы должна быть такого же уровня, как верхний край образца производителя.

Поместите еще один пористый камень поверх образца почвы. Нанесите немного силиконовой смазки вокруг боковой поверхности пластины подушки из нержавеющей стали и поместите его на верхней части пористого камня. Удалите верхнюю сторону мембраны из образца производителя и зафиксните его на подушке пластины.

Удалите всасывание внутри сопла создателя образца и создайте всасывание внутри клапана на базовой пластине. Наконец, удалите создатель образца. Производится миниатюрный сухой образец.

Теперь зафиксните ограничивающая ячейку на базовой пластине и зафиксните верхнюю пластину камеры на верхней части ограничиваемой ячейки. Прикрепите остальную часть погрузочного аппарата на верхнюю пластину камеры. Добавьте в образец постоянное ограничение давления в 25 килопаскалей и удалите всасывание внутри образца.

Постепенно увеличиваем ограничивающее давление до заданного значения с помощью устройства, предлагая ограничивающее давление. Для сканирования раздела образца установите компьютерную томографию или КТ-сканер в режим захвата изображений. Затем начните этап вращения, чтобы повернуть весь аппарат на 180 градусов с заданной постоянной скоростью вращения, чтобы захватить КТ-проекции образца под разными углами.

Для КТ-сканера с высоким пространственным разрешением для полного сканирования образца обычно требуется сканирование образца на нескольких различных высотах. Нанесите на образец аксиамовую нагрузку с постоянной скоростью загрузки. Здесь используется скорость погрузки 0,2 процента в минуту.

Пользователи могут устанавливать различную скорость загрузки в соответствии с требованием эксперимента. Приостановите аксиамную нагрузку на заранее определенный осяный штамм. Подождите, пока измеренная ось достигнет устойчивого значения, и провести следующее сканирование.

Повторите эти шаги до конца загрузки. Мы строим КТ-срезы образца на основе прогнозов КТ после поэтапного поиска с помощью программного обеспечения PITRE. Загрузите проекции в PITRE из изображения загрузки меню.

Нажмите на иконку проекции sinogram. Введите соответствующие параметры в появлялись окна и нажмите один, чтобы реконструировать КТ ломтик. Реализация фильтрации изображений на срезах КТ.

Для фильтрации изображений используется анисотропный диффузионный фильтр. Теперь выполните бинаризацию изображения на отфильтрованных СТ-срезах. Для этого реализуется бинаризация изображения путем применения порога значения интенсивности к срезам КТ.

Это значение определяется в соответствии с интенсивностью гистограммы ломтиков КТ с помощью метода Оцу. Отделяйте отдельные частицы от бинаризованных ломтиков КТ с помощью алгоритма водораздела на основе маркера и храните результаты в 3-D помеченном изображении. Проверка результатов путем сравнения расчетного распределения размера частиц от изображения КТ до результатов механического теста.

Скрипт матлаб используется для извлечения свойств частиц, включая объем частиц, площадь поверхности частиц, ориентацию частиц и координаты центроидов частиц. Внутренние функции матлаб используются для приобретения этих свойств для каждой частицы. Извлекайте контактные окопы из бинаризованных СТ-срезов путем реализации логического и операции между двоичным изображением ломтиков КТ и двоичным изображением водосборных линий, полученных в результате реализации алгоритма водораздела на основе маркера.

Для количественной оценки поля деформации образца используйте сетчатый метод для расчета поля деформации в течение любых двух последовательных сканирований на основе перевода частиц и вращения частиц. Проанализируйте межчастицовую контактную эволюцию образца. Основываясь на извлеченных контактных окопах, помеченных изображениях частиц и результатах отслеживания частиц, анализируйте векторную ориентацию потерянных контактов и полученные контакты в образце во время каждого приращения доли.

Показана кривая напряжения и 2-D ломтик песка Лейтон Баззард под триаксиальным сжатием. Здесь отображаются результаты кинематики частиц на 2-D срезе во время теста. Большинство частиц успешно отслеживаются, и их переводы и вращения количественно.

Локализованная полоса разработана как на карте перемещения частиц, так и на карте вращения частиц в конце теста. Здесь показана нормализованная частота ориентации векторов веток полученных контактов и потерянных контактов в образце во время теста. Потерянные контакты демонстрируют четкое направленное предпочтение к незначительному принципу направления стресса во время теста.

Калибровка оси вращения, описанная в текстовом протоколе, важна, поскольку успешная реконструкция Срезка КТ зависит не только от соответствующего позиционирования этапа вращения. Чтобы избежать ионизированного излучения человеческого тела от рентгеновского источника, необходимо убедиться, что все двери и окна сканирующей комнаты должным образом закрыты перед каждым сканированием. После аналогичной процедуры может быть проведено тестирование института с помощью рентгеновской дифракции или рассеяния.

Это обеспечивает инструмент для измерения межчастичных контактных сил и их распространения в рамках формирования гранулированных материалов. Приобретенные экспериментальные данные могут быть использованы для разработки передовых составных моделей песка с учетом их зернового механического поведения, а также для численного моделирования песков при погрузке.