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싱크로트론 X선 마이크로 단층 촬영을 사용하여 전단 하에서 세분화된 토양의 고장 및 관련 곡물 스케일 기계적 거동 시각화
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Summary September 29th, 2019
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이 프로토콜은 트라이축 압축 중에 세분화된 토양의 고공간 해상도 컴퓨터 단층 촬영(CT) 이미지를 획득하고 이러한 CT 이미지에 이미지 처리 기술을 적용하여 입자 규모의 기계적 거동을 탐구하는 절차를 설명합니다. 하중의 토양.
Transcript
이 프로토콜을 사용하면 X 선 미세 단층 촬영을 사용하여 세분화 된 토양의 입자 스케일 데이터를 획득하고 세분화 된 물질의 미세한 거동의 미세한 거동을 기초로 하는 미세 규모의 프로세스 및 메커니즘에 대한 이해를 개발할 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 입자 형태, 미세 구조, 파손, 변위 및 회전을 포함한 세분화 된 토양의 입자 스케일 정보에 대한 완전한 액세스를 제공한다는 것입니다. 이 방법은 또한 바위, 토양 바위 혼합물, 콘크리트, 세라믹, 아스팔트 및 심지어 폴리머 복합체와 같은 돌 기반 천연 또는 합성 물질의 다른 유형의 조사에 적용 될 수있다.
텍스트 프로토콜에 설명된 대로 사전에 실험 설계로 시작합니다. 테스트 재료, 입자 크기, 샘플 크기 및 샘플 초기 다공성을 결정합니다. 보드에 토양 샘플을 준비하려면 먼저 베이스 플레이트의 상단 끝의 측면 표면 주위에 소량의 실리콘 그리스를 추가하십시오.
그런 다음 상부 표면에 다공성 돌을 놓습니다. 상단 끝의 측면 표면 주위에 멤브레인을 넣습니다. 샘플 메이커의 두 부분 사이의 접촉 표면에 소량의 실리콘 그리스를 추가하고 멤브레인이 통과할 수 있도록 샘플 메이커를 베이스 플레이트에 배치합니다.
샘플 메이커를 잠급다. 진공 펌프를 사용하여 노즐을 통해 샘플 제조업체 내부의 흡입을 만듭니다. 멤브레인을 상부 끝의 측면 표면에 고정합니다.
멤브레인이 샘플 제조업체의 내부 표면에 부착되어 있는지 확인합니다. 테스트 세분화된 재료를 특정 높이에서 깔때기를 사용하여 샘플 메이커에 놓아 완전히 채워질 때까지 놓습니다. 토양 샘플의 상부 표면은 샘플 제조업체의 상부 가장자리와 동일한 수준이어야 한다.
토양 샘플 위에 또 다른 다공성 돌을 놓습니다. 스테인레스 스틸 쿠션 플레이트의 측면 표면 주위에 실리콘 그리스를 바르고 다공성 돌 위에 놓습니다. 샘플 메이커에서 멤브레인의 상단을 제거하고 쿠션 플레이트에 고정합니다.
샘플 메이커 노즐 내부의 흡입을 제거하고 베이스 플레이트의 밸브 내부에 흡입을 만듭니다. 마지막으로 샘플 메이커를 제거합니다. 소형 드라이 샘플이 생성됩니다.
이제 베이스 플레이트에 있는 소개의 셀을 고정하고 수축 셀 의 상단에 있는 챔버 상단 플레이트를 고정합니다. 챔버 상단 플레이트에 적재 장치의 나머지 부분을 부착합니다. 샘플에 25킬로파스칼의 일정한 수축 압력을 추가하고 샘플 내부의 흡입을 제거합니다.
점차적으로 소정의 값으로 제한 압력을 증가시키는 압력 제공 장치를 사용하여. 샘플의 한 부분을 스캔하려면 계산된 단층 촬영 또는 CT 스캐너를 이미지 캡처 모드로 설정합니다. 그런 다음, 소정의 일정한 회전 속도로 전체 장치를 180도 회전하여 샘플의 CT 프로젝션을 다른 각도로 캡처하기 위해 회전 단계를 시작합니다.
고공간 해상도 CT 스캐너의 경우 샘플의 전체 스캔을 통해 샘플을 여러 가지 높이에서 스캔해야 합니다. 일정한 적재 율로 샘플에 축 하중을 적용합니다. 여기서분당 0.2%의 로딩 속도가 사용됩니다.
사용자는 실험 요구 사항에 따라 다른 로딩 속도를 설정할 수 있습니다. 미리 결정된 축 변형에서 축 하중을 일시 중지합니다. 측정된 축 힘이 일정한 값에 도달할 때까지 기다렸다가 다음 검사를 수행합니다.
로드가 끝날 때까지 이러한 단계를 반복합니다. PITRE 소프트웨어를 사용하여 위상 검색 후 CT 프로젝션을 기반으로 샘플의 CT 조각을 구성합니다. 메뉴 로드 이미지에서 투영을 PITRE에 로드합니다.
아이콘 프로젝션 시노그램을 클릭합니다. 나타난 창에 관련 매개 변수를 입력하고 CT 슬라이스를 재구성하기 위해 단일을 클릭합니다. CT 슬라이스에서 이미지 필터링을 구현합니다.
애니소트로피 확산 필터는 이미지 필터링을 수행하는 데 사용됩니다. 이제 필터링된 CT 조각에서 이미지 비나화를 수행합니다. 이렇게 하려면 강도 값 임계값 임계값을 CT 슬라이스에 적용하여 이미지 바이내화를 구현합니다.
이 값은 오츠의 방법을 사용하여 CT 슬라이스의 강도 히스토그램에 따라 결정됩니다. 마커 기반 유역 알고리즘을 사용하여 개별 입자를 비나화된 CT 슬라이스와 분리하고 결과를 3D 레이블이 지정된 이미지에 저장합니다. CT 이미지에서 계산된 파티클 크기 분포와 기계적 체질 테스트의 입자 크기 분포를 비교하여 결과를 검증합니다.
matlab 스크립트는 파티클 볼륨, 파티클 표면적, 파티클 방향 및 파티클 중심 좌표를 포함한 입자 속성을 추출하는 데 사용됩니다. 본질적인 matlab 함수는 각 입자에 대해 이러한 속성을 획득하는 데 사용됩니다. CT 슬라이스의 이진 이미지와 마커 기반 유역 알고리즘의 구현에서 획득한 유역선의 이진 이미지 사이의 논리적 및 동작을 구현하여 바이너드 CT 슬라이스에서 접촉 여우구멍을 추출한다.
시료의 스트레인 필드를 정량화하려면 그리드 기반 방법을 사용하여 입자 변환 및 입자 회전에 따라 2회 연속 검사 중에 스트레인 필드를 계산합니다. 샘플의 입자 간 접촉 진화를 분석합니다. 추출된 접촉 여우홀, 입자의 표지된 이미지 및 입자 추적 결과에 기초하여, 각 공유 증분 동안 샘플 내의 손실된 접촉및 얻은 접촉의 분기 벡터 방향을 분석한다.
삼각형 압축 하에서 레이튼 버사드 모래 샘플의 응력 변형 곡선과 2D 슬라이스가 표시됩니다. 여기에 표시되는 파티클 역학 결과는 테스트 중 2D 슬라이스에 있습니다. 대부분의 파티클이 성공적으로 추적되고 번역 및 회전이 정량화됩니다.
지역화된 대역은 테스트 가 끝날 때 파티클 변위 맵과 파티클 회전 맵 모두에서 개발됩니다. 여기에 는 테스트 중에 얻은 접점 및 샘플의 손실된 접촉의 분기 벡터의 정규화된 방향 주파수가 도시되어 있다. 잃어버린 접목은 시험 중에 사소한 원리 응력 방향을 향한 명확한 방향 선호도를 나타낸다.
CT 슬라이스의 성공적인 재구성은 회전 단계의 적절한 위치 지정에 의존할 뿐만 아니라 텍스트 프로토콜에 자세히 설명된 회전 축을 보정하는 것이 중요합니다. 엑스레이 소스에서 인체에 대한 이온화된 방사선을 피하려면 스캔실의 모든 문과 창문이 스캔하기 전에 제대로 닫혀 있는지 확인해야 합니다. 유사한 절차에 따라 X선 회절 또는 산란을 가진 연구소 테스트를 수행할 수 있습니다.
이를 통해 입자 간 접촉력과 형성 세분화된 재료 내에서전파를 측정하는 도구를 제공합니다. 획득한 실험 데이터는 모래의 고급 구성 모델 개발, 곡물 스케일 기계적 거동, 적재 하에서 모래의 수치 모델링에 사용할 수 있습니다.
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