全表面场非接触式变形测量单元

试样全表面变形图像测量技术是一项具有国际领先水平的位移应变测量解决方案，专为岩土及颗粒材料测试而精心设计。该技术凭借单台相机即可实现试样表面360°全方位变形测量，成功突破了传统试验仪器在试样变形测量方面的技术瓶颈。目前，该技术已能够与各类型三轴试验系统、平面应变系统和动三轴试验系统无缝对接。

亚像素角点识别方法、全表面变形场测量、应变计算、图像拼接、误差修正解决了径向变形和非饱和土变形测量的问题，实现了局部变形和全表面变形测量，精度达微米。

技术特点

全球唯一真正实现单机测量岩土试样环周全表面；

不扰动试样，真正非接触测量消除端部约束和膜嵌入的影响；

变形场位移场测量；

同步测量轴向变形和环向变形；

任意选择测量断面或部位分析；

分层、细部特征和剪切破坏过程研究；

应变测量精度比传统方法至少高出两个数量级；

在测量视场165mm(H)x24mm(V）及正常室温条件下，其变形测量精度均为μm量级；

以5mmx5mm 的标定长度（加工精度为0.25 μm）进行实际测量，最大绝对误差X方向为0.0065mm，Y方向为0.0081mm，相对误差为um量级；

用金属材料以应变片测量值为基准检定的测量平均误差为0.007%。对本体的应变测量精度可达0.00001，对镜像的应变测量精度可达0.0001。

技术原理

A.试样放置于三轴压力室中，压力室为圆柱形，正面为透明的钢化玻璃，压力室内置两块呈 120°夹角的平面镜用于获取试样背面图像。同时在压力室内上下两端各固定一套 LED 灯带以改善角点识别的光线环境。压力室外的高分辨率相机透过钢化玻璃采集试样正面和背面图像。

高分辨率单相机 + 120°夹角镜子，实现全表面图像采集

B.系统按照设定的时间间隔对试样采集图像并进行存储，采用亚像素角点识别算法实时识别图像中橡皮膜表面白色方格的角点。

                                                                                                               亚像素角点识别法

C.系统将图像左、中、右三部分的角点变换至同一物距的平面坐标系中，对三个圆柱面展开后的平面图形拼接为完整的试样表面展开图，并通过优化算法找到使得综合误差最小的拼接位置。

完整试样表面展开与拼接

D系统通过二维成像平面上角点坐标计算出试样角点三维空间坐标，并根据各角点在不同时刻的坐标计算试样的应变。

 计算试样角点三维空间坐标

研究案例

本构关系研究

应用土样全表面变形数字图像测量方法，基于局部变形测量开展土样小应变和破坏前的应力应变性质和本构关系研究。通过进行低应力反复循环加卸载试验，发现再经过若干次加卸载循环之后，会达到不再有不可恢复的变形稳态应力应变滞回曲线。由此可以分离弹性应变和塑性应变，建立新的土和孔隙介质的应力应变本构关系。

通过对剪切带内外局部点的选取，观测这些点的轴向应变 - 偏应力关系曲线可以得到当土体发生剪切破坏产生剪切带以后，带外节点应变不再增加，而带内节点 “应变” 持续增大。