除了使用R3S程序,另一个生成切片图像的方法是采用几何算法计算得到切片图像。几何切片法非常直接明了,一个球体可以用其球心坐标(x0,y0,z0)和半径R0定义为:
已知平面上一点(x1,y1,z1)与平面的非零法向量(a,b,c),则该平面可以定义为:
则球心到所定义平面的距离可以计算得到:
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比较球体半径R0和球心到平面的距离D,如果D>R0,则该球体与平面不相交;如果D<R0,则该球与平面相交,相交图形为一实心圆。该实心圆的圆心和半径都可以通过计算求得。采用这种几何算法,试样切面的图像便可通过筛选出与平面相交的球,然后再在该平面上表示出所有相交实心圆的方法得到。
在几何切片法中,首先根据单位法向量以及平面到原点的距离来定义切割平面。然后,为了方便,定义相对于切割面的坐标系。通过球心到切割面的距离和球半径的关系确定与平面相交的球体。如果球心到切割面距离小于球体半径,那么球体与切割面相交并在切割面上形成一个实心圆。如果球心到切割面距离大于球体半径,那么球体与切割面不相交。对于与切割面相交的所有球体,球体被切割面切割形成的实心圆的圆心坐标和半径可以通过计算得到。最后,根据切割面上的实心圆的圆心坐标和半径便可绘出切面图。
虽然可以在试样内选择任意位置任意方向的切面,但是研究选用试样细观结构分析时所采用的中心平面为切面。平面应变试验采用与第二主应力方向垂直的中心平面为切割面,三轴压缩试验采用通过圆柱轴线的竖直平面为切割面,而直剪试验采用沿着剪切方向但垂直于剪切带的中心平面为切割面。除此以外,为了忽略试样边界效应的影响,对原始图像进行裁剪,取切面图形的中间部分进行数字图像分析。考虑到不同试验数值模型的初始及最终尺寸的大小,平面应变、三轴压缩、直剪试验的图片尺寸分别定为5200×1600、5200×2600、3000×2000像素。图6.2为通过几何切片法绘出的原始试样切割图像以及剪切后的图像。
图6.2 原始试样切割图像以及剪切后的图像示意图
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