Engineering
A subscription to JoVE is required to view this content.
The JoVE video player is compatible with HTML5 and Adobe Flash. Older browsers that do not support HTML5 and the H.264 video codec will still use a Flash-based video player. We recommend downloading the newest version of Flash here, but we support all versions 10 and above.
If that doesn't help, please let us know.
Visualisering av misslyckande och tillhörande korn skala mekaniskt beteende av granulat jordar under skjuvning med Synchrotron röntgen-mikrotomografi
Chapters
Summary
Please note that all translations are automatically generated.
Click here for the English version.
Protokollet beskriver förfaranden för att förvärva hög-rumslig upplösning datortomografi (CT) bilder av en granulärt jord under triaxiella kompression, och att tillämpa bildbehandling tekniker för att dessa CT bilder att utforska korn-skalan mekaniska beteende marken under lastning.
Transcript
Detta protokoll gör det möjligt att förvärva partikel skala data granulat jordar med hjälp av röntgen mikro-tomografi och utveckla en förståelse av mikro-skala processer och mekanismer som ligger till grund för mikroskopiska beteende granulat material. Den största fördelen med denna teknik är att det ger en fullständig tillgång till partikelskalan information granulat jordar inklusive partikel morfologi, mikrostruktur, brott, förskjutning, och rotation inom deformation av granulat material. Denna metod kan också tillämpas vid undersökning av andra typer av stenbaserade naturliga eller syntetiska material såsom bergarter, jord-berg-blandning, betong, keramik, asfalt och även polymerkompositer.
Börja med design av experimentet i god tid enligt beskrivningen i textprotokollet. Bestäm testmaterial, partikelstorlek, provstorlek och prov initial porositet. För att förbereda ett jordprov på brädan, tillsätt först en liten mängd silikonfett runt den laterala ytan av den övre änden av basplattan.
Placera sedan en porös sten på dess övre yta. Sätt ett membran runt den laterala ytan av den övre änden. Tillsätt en liten mängd silikonfett på kontaktytorna mellan provtillverkarens två delar och placera provtillverkaren på basplattan för att membranet ska kunna passera genom den.
Lås provtillverkaren. Skapa sug inuti provtillverkaren genom sitt munstycke med hjälp av en vakuumpump. Fixera membranet på den laterala ytan av dess övre ände.
Säkerställ att membranet är fäst vid provmakarens inre yta. Släpp provgranulat material från en viss höjd i provtillverkaren med hjälp av en tratt tills den är helt fylld. Jordprovets övre yta bör vara samma nivå som den övre kanten av provtillverkaren.
Placera en annan porös sten ovanpå jordprovet. Applicera lite silikonfett runt den laterala ytan av en rostfri kuddeplatta och placera den ovanpå den porösa stenen. Ta bort den övre sidan av membranet från provmakaren och fixera den på kuddplattan.
Ta bort sugningen inuti provtillverkarens munstycke och skapa sug inuti ventilen på basplattan. Ta slutligen bort provtillverkaren. Ett torrt prov i miniatyr produceras.
Nu, fixa den spärrcell på basplattan och fixa kammarens toppplatta på ovansidan av den spärrcell. Fäst resten av lastapparaten på kammarens toppplåt. Tillsätt ett konstant spärrtryck på 25 kilopascals till provet och ta bort sugningen inuti provet.
Gradvis öka det begränsa trycket till ett förutbestämt värde med hjälp av den begränsa trycket erbjuder enheten. Om du vill skanna ett avsnitt av provet ställer du in datortomografin eller CT-skannern i bildupptagningsläge. Starta sedan rotationsstadiet för att rotera hela apparaten över 180 grader i en förutbestämd konstant rotationshastighet för att fånga upp CT-projektioner av provet i olika vinklar.
För en högupplöst CT-skanner med hög upplösning kräver en fullständig genomsökning av provet vanligtvis att provet skannas på flera olika höjder. Tillämpa en axiell belastning på provet med konstant inläsningshastighet. Här används en inläsningsgrad på 0,2 procent per minut.
Användare kan ställa in en annan inläsningshastighet enligt experimentkravet. Pausa den axiala lastningen vid en förutbestämd axiell stam. Vänta tills den uppmätta axiella kraften når ett stadigt värde, och utför nästa skanning.
Upprepa dessa steg tills slutet av inläsningen. Vi konstruerar CT-skivor av provet baserat på CT-projektionerna efter fashämtning med hjälp av PITRE-programvaran. Ladda projektionerna i PITRE från menyn ladda bilden.
Klicka på ikonprojektionssynogrammet. Ange relevanta parametrar i fönstret som visas och klicka på enkel för att rekonstruera ett CT-segment. Implementera bildfiltrering på CT-skivorna.
Ett anisotrop diffusionsfilter används för att utföra bildfiltrering. Nu, utför bild binarization på den filtrerade CT-skivor. Om du vill göra det implementerar du bildbinariseringen genom att tillämpa ett tröskelvärde för intensitetsvärde på CT-segmenten.
Detta värde bestäms enligt ct-skivornas intensitetshistogram med hjälp av Otsus metod. Separera enskilda partiklar från de binariserade CT-skivorna med hjälp av en markörbaserad vattendelare algoritm och lagra resultaten i en 3D-märkt bild. Validera resultaten genom att jämföra den beräknade partikelstorleksfördelningen från CT-bilden med dem från ett mekaniskt siktningstest.
Ett matlabskript används för att extrahera partikelegenskaper, inklusive partikelvolym, partikelyta, partikelorientering och partikelcentroida koordinater. Inneboende matlab funktioner används för att förvärva dessa egenskaper för varje partikel. Extrahera kontakträvhål från de binarerade CT-skivorna genom implementering av en logisk och operation mellan den binära bilden av CT-skivorna och den binära bilden av vattendelare linjer som förvärvats från genomförandet av markör-baserade vattendelare algoritm.
För att kvantifiera provets töjningsfält använder du en gridbaserad metod för att beräkna töjningsfältet under två på varandra följande genomsökningar, baserat på partikelöversättningen och partikelrotationen. Analysera inter-partikelkontakt evolution av provet. Utifrån de extraherade kontakträvhålen analyserar de märkta bilderna av partiklar, och partikelspårningsresultaten, grenvektororienteringen för de förlorade kontakterna och de fick kontakter inom provet under varje aktiesteg.
Stress-töjningskurvan och en 2D-skiva av ett Leighton Buzzard-sandprov under triaxial kompression visas. Visas här är partikelkinematikresultat vid 2D-skivan under testet. De flesta partiklarna spåras framgångsrikt och deras översättningar och rotationer kvantifieras.
Ett lokaliserat band utvecklas i både kartan för partikelförskjutning och partikelrotationskartan i slutet av testet. Visas här är den normaliserade orienteringsfrekvensen för grenvektorer av fick kontakter och förlorade kontakter i provet under testet. De borttappade kontakterna ställer ut en klar directional preferens in mot minderårigprincipen som stressriktning under testa.
Kalibrering av rotationsaxeln som detaljerad i textprotokollet är viktig eftersom den lyckade rekonstruktionen av CT-skiva inte bara förlitar sig på lämplig positionering av rotationsstadiet. För att undvika joniserad strålning till mänskliga kroppar från röntgenkällan måste man se till att alla dörrar och fönster i skanningsrummet är ordentligt stängda före varje skanning. Efter ett liknande förfarande kan instituttestning med röntgendiffraktion eller spridning utföras.
Detta ger ett verktyg för mätning av kontaktkrafter mellan partikel och deras utbredning inom de bildar granulära materialen. De förvärvade experimentella data kan användas för utveckling av avancerade utgörs av modeller av sand, med tanke på deras kornskala mekaniska beteenden, och för numerisk modellering av sand under lastning.
Tags
Ingenjörsvetenskap granulat jord partikel översättning partikel rotation stam lokalisering kontakt förlust kontakt förstärkning kontakt rörelse triaxiella kompression synkrotron röntgen-mikrotomografiRelated Videos
You might already have access to this content!
Please enter your Institution or Company email below to check.
has access to
Please create a free JoVE account to get access
Login to access JoVE
Please login to your JoVE account to get access
We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.
If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.
Please enter your email address so we may send you a link to reset your password.
We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.
If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.
Your JoVE Unlimited Free Trial
Fill the form to request your free trial.
We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.
If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.
Thank You!
A JoVE representative will be in touch with you shortly.
Thank You!
You have already requested a trial and a JoVE representative will be in touch with you shortly. If you need immediate assistance, please email us at subscriptions@jove.com.
Thank You!
Please enjoy a free 2-hour trial. In order to begin, please login.
Thank You!
You have unlocked a 2-hour free trial now. All JoVE videos and articles can be accessed for free.
To get started, a verification email has been sent to email@institution.com. Please follow the link in the email to activate your free trial account. If you do not see the message in your inbox, please check your "Spam" folder.
