Synchrotron X-Ray Mikro-Tomografi sayarı altında Hatanın Görüntülenmesi ve Taneli Toprakların İlişkili Tane Ölçeğimekanik Davranışı

Bu protokol, x-ışını mikrotomografisi kullanarak tanecikli toprakların parçacık ölçeğinde veri elde etmesini ve tanecikli malzemelerin mikroskobik davranışının altında yatan mikro ölçekli süreçler ve mekanizmalar hakkında bir anlayış geliştirmesini sağlar. Bu tekniğin en büyük avantajı, tanecikli malzemelerin deformasyonu içinde parçacık morfolojisi, mikroyapı, kırılma, yer değiştirme ve rotasyon gibi tanecikli toprakların parçacık ölçeği bilgilerine tam erişim sağlamasıdır. Bu yöntem aynı zamanda kayalar, toprak-kaya karışımı, beton, seramik, asfalt ve hatta polimer kompozitler gibi taş bazlı doğal veya sentetik malzemelerin diğer türlerinin araştırılması için de uygulanabilir.

Metin protokolünde açıklandığı gibi denemenin tasarımı ile birlikte başlayın. Test materyalini, parçacık boyutunu, numune boyutunu ve numune ilk gözenekliliğini belirleyin. Tahtaüzerinde bir toprak örneği hazırlamak için, ilk taban plakasının üst ucunun lateral yüzeyi etrafında silikon gres küçük bir miktar ekleyin.

Sonra üst yüzeyine gözenekli bir taş yerleştirin. Üst ucunun lateral yüzeyi etrafında bir membran koyun. Numune üreticisinin iki bölümü arasındaki temas yüzeylerine az miktarda silikon gres ekleyin ve membranın içinden geçmesine izin vermek için numune üreticisini taban plakasına yerleştirin.

Örnek oluşturucuyu kilitleyin. Bir vakum pompası kullanarak onun meme ile örnek üreticisi içinde emme oluşturun. Membranı üst ucunun lateral yüzeyine doğru sabitle.

Membranın numune üreticisinin iç yüzeyine bağlı olduğundan emin olun. Test taneli malzemeyi belirli bir yükseklikten tamamen dolana kadar bir huni kullanarak numune üreticisine bırakın. Toprak numunesinin üst yüzeyi, numune üreticisinin üst kenarı ile aynı düzeyde olmalıdır.

Toprak örneğinin üzerine başka bir gözenekli taş yerleştirin. Paslanmaz çelik yastık plakasının lateral yüzeyine biraz silikon gres uygulayın ve gözenekli taşın üzerine yerleştirin. Membranın üst tarafını numune üreticisinden çıkarın ve yastık plakasına sabitle.

Numune üreticisi başlığının içindeki emmeyi çıkarın ve taban plakası üzerindeki vananın içinde emme oluşturun. Son olarak, örnek oluşturucuyu çıkarın. Minyatür kuru bir numune üretilir.

Şimdi, taban plakasındaki hücreyi düzeltin ve hücrenin üstündeki oda üst plakasını düzeltin. Yükleme aparatının geri kalanını odanın üst plakası üzerine yapıştırın. Numuneye 25 kilopascal'lık sabit bir çekme basıncı ekleyin ve numunenin içindeki emmeyi çıkarın.

Konsiyabile basıncını, konsiyabasınç teklif cihazını kullanarak önceden belirlenmiş bir değere kademeli olarak artırın. Örneğin bir bölümünü taramak için, görüntü yakalama moduna bilgisayarlı tomografi veya CT-tarayıcı ayarlayın. Daha sonra, numunenin CT projeksiyonlarını farklı açılarda yakalamak için tüm cihazı önceden belirlenmiş sabit döndürme hızında 180 derece boyunca döndürmek için döndürme aşamasına başlayın.

Yüksek uzamsal çözünürlüklü CT tarayıcıiçin, numunenin tam taranması genellikle numunenin birkaç farklı yükseklikte taranmasını gerektirir. Sabit yükleme hızıyla numuneye eksenel yük uygulayın. Burada dakikada yüzde 0,2'lik bir yükleme oranı kullanılır.

Kullanıcılar deneme gereksinimine göre farklı bir yükleme hızı ayarlayabilir. Eksenel yüklemeyi önceden belirlenmiş bir eksenel zorlanmada duraklatın. Ölçülen eksenel kuvvet sabit bir değere ulaşana kadar bekleyin ve bir sonraki tama gerçekleştirin.

Bu adımları yükleme nin sonuna kadar yineleyin. PITRE yazılımını kullanarak faz alımından sonra bt projeksiyonlarına göre numunenin CT dilimlerini oluşturuyoruz. Menü yükleme görüntüsünden projeksiyonları PITRE'ye yükleyin.

Simge projeksiyon sinogram tıklayın. Görünen pencereye ilgili parametreleri girin ve CT dilimini yeniden oluşturmak için tek'i tıklatın. CT dilimleriüzerinde görüntü filtreleme uygulayın.

Görüntü filtreleme yapmak için bir anizotropik difüzyon filtresi kullanılır. Şimdi, filtrelenmiş CT dilimleriüzerinde görüntü binarization gerçekleştirin. Bunu yapmak için, CT dilimlerine bir yoğunluk değeri eşiği uygulayarak görüntü binarizasyonunu uygulayın.

Bu değer Otsu yöntemi ile BT dilimlerinin histogram yoğunluğuna göre belirlenir. İşarettabanlı havza algoritması kullanarak binarize CT dilimlerinden ayrı tek tek parçacıklar ve sonuçları 3-B etiketli bir görüntüde saklayın. CT görüntüden hesaplanan parçacık boyutu dağılımını mekanik bir eleme testinden karşılaştırarak sonuçları doğrulayın.

Parçacık hacmi, parçacık yüzey alanı, parçacık yönü ve parçacık merkezoid koordinatları da dahil olmak üzere parçacık özelliklerini ayıklamak için bir matlab komut dosyası kullanılır. İçsel matlab fonksiyonları her parçacık için bu özellikleri elde etmek için kullanılır. CT dilimlerinin ikili görüntüsü ile marker tabanlı havza algoritmasının uygulanmasından elde edilen havza çizgilerinin ikili görüntüsü arasında mantıksal ve işlem yaparak binarize CT dilimlerinden kontak siperdesi ayıklayın.

Numunenin gerinim alanını ölçmek için, parçacık çevirisi ve parçacık döndürmeye dayalı olarak, ardışık iki tarama sırasında gerinim alanını hesaplamak için ızgara tabanlı bir yöntem kullanın. Numunenin parçacıklar arası temas evrimini analiz edin. Çıkarılan temas tilki deliklerine, parçacıkların etiketli görüntülerine ve parçacık izleme sonuçlarına dayanarak, kaybedilen kişilerin dal vektör yönünü ve her bir paylaşım artışı sırasında numune içinde kazanılan temasları analiz edin.

Triaksiyel sıkıştırma altında gerilme-gerinim eğrisi ve Leighton Şahin kum numunesi 2-D dilim gösterilir. Burada test sırasında 2-B dilimde parçacık kinematiği sonuçları görüntülenir. Parçacıkların çoğu başarıyla izlenir ve çevirileri ve dönüşleri ölçülür.

Testin sonunda hem parçacık yer değiştirme haritasında hem de parçacık döndürme haritasında lokalize bir bant geliştirilmiştir. Burada gösterilen test sırasında alınan kişilerin ve kayıp kişilerin dal vektörlerinin normalleştirilmiş yönlendirme frekansıdır. Kayıp kişiler test sırasında küçük prensip stres yönüne doğru net bir yön tercihi sergilerler.

Ct diliminin başarılı yeniden rekonstrüksiyonu sadece döndürme aşamasının uygun konumlandırmasına dayanmadığı için, metin protokolünde ayrıntılı olarak belirtildiği gibi dönüş ekseninin kalibrasyonu önemlidir. X-ışını kaynağından insan vücuduna herhangi bir iyonize radyasyon önlemek için, bir tarama odasının tüm kapı ve pencereleri düzgün her tarama önce kapalı olduğundan emin olmak gerekir. Benzer bir prosedürütaki röntgen kırınımı veya saçılma ile enstitü testi yapılabilir.

Bu, parçacıklar arası temas kuvvetlerinin ölçümü ve bunların oluşturan tanecikli malzemeler içinde yayılması için bir araç sağlar. Elde edilen deneysel veriler, gelişmiş kurucu kum modellerinin geliştirilmesi, tane ölçekli mekanik davranışları göz önünde bulundurularak ve yükleme altındaki kumların sayısal modellemesi için kullanılabilir.