淺析基于數字圖像相關技術的內聚力模型參數反演識別

陳曉東 西安海棠職業學院

關鍵字:力鏈結構 顆粒介質 壓力測試 形態變化

引言

因為顆粒介質具有非連續性和非均勻性特征，所以如果遭到外部事物的壓力和撞擊就會使物質整理遭到嚴重破壞和崩塌。例如泥沙、還有高危建筑的倒塌等。在不同的狀態下來對顆粒物質的力鏈結構進行研究可以更好的對物體力學和物理性質進行掌握。孫其誠、厚美瑛等編寫了《顆粒物質的物理與力學》中講解了在不同尺度上的顆粒介質力學研究，通過講解顆粒介質的力鏈結構的角度和長度發生的變化，作出一系列的分析及統計。通過研究成果來對顆粒介質的排列角度和接觸力特質對物質在不同時間、狀態下的整體形態作出判斷與總結。

1 力鏈結構

1.1 力鏈的介紹

顆粒介質通過不同的排列方式和排列角度形成各種性質的力鏈結構，而多個力鏈結構的組合形成了一個整體的顆粒物質，力鏈的論證過程就是通過多種試驗方法可以對一部分顆粒介質形成的整體物質的力鏈結構得出結果。

1.2 強力連結構和弱力鏈結構

強力鏈結構和弱力鏈結構是力鏈結構的兩種主要結構方式。其形成方式與顆粒介質的排列方式和角度有著直接的關系。在一個完整的顆粒物質中，顆粒介質能量與其他顆粒介質的接觸面越大就更容易形成強力鏈結構。反之就會容易形成弱力鏈結構。強力鏈的結構一般類似金字塔結構，所以對于豎直向下的壓力有一定的抗壓性。受到外部豎直向下的壓力時強力鏈內的顆粒介質會根據力的作用也會形成豎直向下或者偏移豎直向下的角度。弱力鏈結構一般是均勻排列的，對于外界的抗壓力雖然沒有強力鏈結構那么強，但是弱力鏈的結構本身具有一定的穩定性和均勻性。在一個整體顆粒物質中兩者強有力的結合會使物質的整體更具有耐固性、抗壓定和穩定性。例如：一個半圓的金屬顆粒物質整理，如果對其進行稍微的豎直向下的壓力時，物質形體本身不會產生很大變化。如果加大向下的壓力時，物質的頂部會形成平面或者塌陷的形狀，而物質整體的下方會逐漸沿著水平方向延伸出來。而如果在長時間、大面積與強大力的作用下，這個半圓形的整體物質只會被壓成平面，并不會被壓成斷裂的狀態，當然切割分離技術除外。這個實驗的本身說明了一個整體的顆粒物質中強力鏈和弱力鏈不同的重要性。

2 影響力鏈的因素

由于力鏈是由不同的顆粒介質形成的在不同的狀態下由于顆粒介質的排列方式、角度和離散程度的不同會形成不同的力鏈結構，最終會導致一個整體的顆粒物質的抗壓能力和平衡能力有不同的結果。

2.1 力鏈結構中力量的傳遞方向

在顆粒物質的力鏈結構的傳遞方向也與其平面夾角（α）和傳力角(β)有著很大的關系。一個整體物質中的斷裂狀態與力鏈中的顆粒介質的排列位置緊密相關。

一個力鏈結構中的顆粒介質的角度的接觸面與平面夾角（α）越大，強力鏈中的顆粒介質的傳遞就會趨向于外部荷載面，說明這個顆粒物質的力鏈就越穩定，反之，強力鏈中的顆粒介質的傳遞就會偏離外部荷載面，那么這個顆粒物質的力鏈就越不穩定，負荷載能力也就越若。

一個力鏈結構中的顆粒介質的角度的接觸面與傳力角(β)越大，就意味著整體顆粒物質力鏈因外界的壓力發生的形態變化就越大，在這種情況下，如果一個顆粒物質內沒有足夠的弱力鏈物質支撐，那么發生斷裂的可能性就越大。與傳力角(β)越小，說明整體顆粒物質力鏈沒有受到外界跟大的壓力，那么顆粒物質的整體形態也不會發生很大變化。

一個整體的顆粒物質的形體變化與外界的壓力及內部顆粒介質組成的力鏈體系有關，而顆粒物質能承受多大的外部壓力與力鏈的排列方式以及形成的角度有直接關系。

2.2 閥值

閾值也叫做臨界值，這里指的是在外界的壓力和影響下一個整體的顆粒物質內的力鏈結構所能承受的最大值。

在孫其誠等人的力學研究中提到了關于力鏈結構的對于造成顆粒物質的形態的問題。當形成一個豎直向下傳力的力的作用時，一個顆粒物質的荷載也是呈一個豎直的向下的方向傳遞的。而當這個豎直向下傳遞的方向發生偏移時，會形成一定的閥值，這個時候這個豎直向下傳遞的力就會難以繼續。這個時候如果加大力的作用力，就會使力的方向發生更大的偏移，當偏移的角度達到這個顆粒物質中力鏈結構所能承受的最大閥值時，力鏈結構就會發生斷裂，使顆粒物質的整體遭到破壞。例如：在一個刀的垂直作用力下，一個物質會沿著刀的作用力面發生一定的形態變化，如果繼續使刀垂直向下用力，就會使物質的受力面向下傳遞的力的方向發生偏差而形成一定的閥值。在這個時候如果刀依然繼續向下垂直用力，那么當閥值達到極限以后，物質就會發生斷裂。

2.3 顆粒介質的角度和狀態

當一個顆粒物質的整體受到垂直向下的力的作用時，物質內的顆粒介質會隨著受力的方向的擠壓轉移到空隙中。當向下的作用力繼續時，物質內的顆粒介質就會發生轉移并占據所有的空隙。這個時候向下壓力會由于物質內的顆粒介質沒有空隙無法移動而出現短暫停頓。如果這個時候繼續加大向下作用力時，物質的力鏈結構就會遭到破壞，發生斷裂，最終導致物質被破壞。例如：一個彈力球在受到外界向下壓力時，彈力球內的顆粒的位置會發生轉移，導致彈力球內的力鏈結構發生變化，那么彈力球的形態也會發生一定變化。如果繼續向下用力擠壓，就會發現當彈力球的形態達到一定成的變化時，沒有辦法繼續改變其形態，這是因為彈力球內的顆粒介質已經沒有辦法繼續進行轉移而導致的。在這種情況下如果繼續加大對彈力球的壓力，就會使彈力球內的力鏈結構發生斷裂，從而毀掉彈力球本身。

3 結束語

由上述內容總結得出，一個完整的顆粒物質的整體結構形成和形態變化是根據其內部的顆粒介質所組成的力鏈結構而變化的。強力鏈結構和弱力鏈結構在形成一個完整物體的同時都有著相應的作用。而力鏈結構的變化的原因就是本篇文章所介紹的各因素。

我們通過介紹和舉例演示得出：

1.一個完整的物質經過垂直向下的壓力的作用下內部顆粒介質所產生的位置和方向，如果這時物質的內部空間達到飽和或者達到一定閥值的時候，整體物質的形態不僅發生很大改變，同時也會使物質內部的力鏈結構發生斷裂的現象。

2.一個完整的物質的穩定性是由與其平面夾角（α）和傳力角(β)來決定的。說明物質在不同的狀態下處于不同的位置那么其自身穩定性也是不同的。