网格化DSCM用于岩石非均匀动态损伤测量的研究

本研究发展一种可测量岩石材料非均匀动态损伤的实验方法，并利用该方法对典型岩石材料的损伤演化规律进行系统地实验研究。首先，改造现有数字散斑相关方法(DSCM)的理论模型，形成网格化DSCM，并将其"嵌入"基于位移场反演的反问题(inverse problem)模型中，形成新的基于散斑图像的反问题模型，即省位移计算，直接从散斑图像中反演得到岩石试件的损伤场。此方法可实现岩石非均匀损伤的测量。其次，设计并实现用于岩石试件破坏过程观测的双光路双速(低速和高速)散斑图像采集系统，在全程低速记录试件表面图像的同时，能在试件变形关键阶段（破坏发展阶段）以高速方式记录散斑图像。此系统可实现岩石动态损伤的测量。最后，用本研究所发展的损伤测量方法和所设计的实验系统进行几种典型岩石材料及岩石结构的变形破坏实验，统计并总结典型岩石材料的损伤演化规律，基于新的规律深入分析岩石试件和岩石结构的破坏机理。

本项目在建立数字散斑相关方法（Digital Speckle Correlation Method（DSCM），又称为Digital Image Correlation（DIC））全局优化模型的基础上，进一步发展了网格化数字图像相关（mesh-DIC）方法，并对长时间观测中相机自发热引起DIC测量误差进行了系统研究。项目将mesh-DIC与加载试件的损伤有限元模型相结合，建立了一种直接从散斑图像序列中反演实验模型各单元弹性模量的方法，进一步可从反演的结果中统计材料在加载中的非均匀损伤演化规律。利用实验观测的损伤演化规律，建立了岩石等脆性材料的分区损伤模型，可以较好地解释加载试件的非线性（包括峰值后区）变形力学行为。上述成果已在SCI收录期刊上发表论文5篇，EI收录期刊上发表论文9篇，授权国家发明专利3项。