活体状态下人脸皮肤力学性能原位测量研究

人类面部皮肤力学性能对面部手术、整容和表情形成机理等研究工作具有重要意义,但目前对面部皮肤力学性能的研究尚不完善,特别是实验方法和实验设备开发等方面还存在较多问题。本文提出一种适用于面部皮肤的加载装置,可精确实现直线运动,并通过微力传感器测量探针与皮肤之间的接触力,得到接触力-探针位移曲线,测得面部皮肤有效弹性模量E*为5.6~11kPa,皮下组织的厚度直接影响着皮肤的有效弹性模量,皮肤组织较薄的颧骨区域E*为9.3~11kPa,较厚的嘴角及脸颊区域E*为5.6~8.9kPa。此外,利用3D-DIC(三维数字图像相关技术)对皮肤表面变形场进行测量,其变形场特征充分体现出皮肤的各向异性。结果为深入研究面部皮肤本构关系打下了基础,也可为面部生物力学研究提供实验数据支持。     

三维相移电子散斑干涉法在柴油机机身中的应用

本文通过一新的三维电子散斑干涉方法，结合四步相移技术和图象处理技术，从三幅全场散斑位相条纹图分离出独立的u、υ、w场位移。测量系统的特点是用三个激光器作为光源，一个PZT相移器推动三个反射镜产生参考光并实现相移以及CCD摄像机前放置大错位剪切镜。将该测量系统应用到柴油机机身部件测量上，得到了机身主轴承孔周的三维位移场，并将此结果作为有限元计算的边界条件，得到了精确的柴油机机身计算结果，证明这一新技术可为柴油机零部件的强度和刚度分析评价提供一种十分有效的方法。     

基于数字图像体相关的物体内部三维位移场分析

在二维数字图像相关算法的基础上,推导了三维数字图像体相关算法,并应用于物体内部的三维位移场分析。用计算机模拟方法对SR-CT重建的物体内部三维图像施加已知变形,对变形前后三维数字图像进行体相关运算,获得三维位移场。在计算亚像素位移时,本文提出了一种三维的基于灰度梯度的算法,给出了梯度函数,阐述了数字模拟三维体相关的计算过程,通过数字模拟实验证明了算法的正确性和可靠性。     

测量土体内部位移场的一种新方法

采用数字图像相关分析方法,对砂土受均布荷载作用的全场位移进行了测试分析,并与传统的布辛奈斯克解计算结果相比较,得到了满意的效果,该法在连续体的位移场测量方面已有广泛应用,而用于土体的位移测量却少见,测得位移场后,再根据土的本构关系即可求得相应的应力场。这为土体模型试验中量测变形开拓了新的途径,也为岩土和地基工程的深入研究提供了一种更有效的方法。     

新型各向异性核工业石墨断裂力学行为的实验研究和数值分析

本文分别采用激光和白光DSCM(数字散斑相关测量)方法对一种新型各向异性核工业石墨的裂纹尖端位移、应变场进行了实验研究，两种方法都取得了较好的结果。考虑核工业石墨制备过程形成的各向异性特点，本文构建了三维各向异性有限元模型，采用奇异单元，计算模拟石墨裂纹尖端的变形和应力场，通过对实验结果和有限元计算结果的比较可以发现两者具有相近的趋势。     

云纹干涉法同时测定三维位移场(U_0,U_(45),U_(90),ω)

本文介绍了用云纹干涉法同时获得三维位移场——面内位移(U_0,U_(45),U_(90))和离面位移(w)的两种方法:实时观测法和加载波条纹的差载法.前者可一次加载,分别观测各个位移分量条纹图;后者可用一张底板同时记录全部三维位移信息,通过光学滤波分离出各位移分量条纹图。测试方法和计算都很简便,不仅能测静荷,同时也可测动荷,文中还介绍了实验用的仪器,给出了实验结果。     

数字图像相关分析法增量位移场测试技术

利用位移场的连续性,对亚像素位移场的算法进行了一些改进,设计了一套分步计算位移场、应变场的测量计算方法,较好地解决了数字图像相关分析法计算精度和效率.采用增量位移场叠加的方法计算大应变位移场,采用局部平面拟合的方法计算应变场.通过对高分子材料拉伸试验位移场的测量和结果标定,说明该方法具有较强的实用性和计算精度.同时,由于避免了对亚像素点的搜索,大大提高了计算效率.     

部分相干光云纹干涉法测三维位移场

本文提出了一种用部分相干光可同时获得面内位移和离面位移场的云纹干涉法。该法具有装置简单,无需防震,可用于观场测量等特点。文中论述了此法的基本原理,应用波前干涉理论和付里叶光学理论对变形前后波前的干涉、记录和再观进行了分析,导出了计算公式。实现了透射物体和反射物体表面的面内位移分量(U_0,V_(45),U_(90))和离面位移(w)的全场同时测量,典型实验证明,实验值与计算结果符合较好。     

后验概率算法用于位移场的确定

提出了一种基于贝叶斯最大后验估计算法确定固体表面位移场的方法。在图像处理过程中，把位移看作随机变量，首先建立贝叶斯模型，对变形前数字图像中的一个像素点，选定变形前后两幅数字图像中对应的圆形子区，将两子区所对应的所有可能位移逐一代入贝叶斯后验概率公式进行计算，使后验概率最大的位移值就是所求该点的位移。在得到整像素位移之后，引入亚像素重建技术，确定图像的精确位移场。本文通过计算机数字模拟实验和实物标准位移实验，验证了该方法的可行性，并得到了0．02pixel的位移测量精度。     

三维冲击荷载弹塑性弯曲裂纹张开位移

主要研究冲击载荷作用下的三维弹塑性弯曲裂纹尖端的张开位移问题．综合考虑了冲击作用应力,三维塑性区域边界上正应力与剪应力,利用二阶摄动方法计算了三维弹塑性弯曲裂纹尖端的张开位移．用数值解法计算出三维弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移,作图分析了三维弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移与三维裂纹体几何尺寸之间的变化关系．三维弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移随着三维裂纹体厚度的增大而减小,随着三维裂纹体厚度的均匀增大,三维弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移尺寸不断减小,减小的幅度越来越小,最终趋于平面应变状态下的弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移尺寸．当三维裂纹体几何尺寸相同时,三维弯曲裂纹尖端动态张开位移随外部冲击载荷的不断增大而逐渐增大,三维弯曲裂纹尖端动态张开位移随动荷系数的增大而迅速增大,建立了一个计算三维弹塑性弯曲裂纹尖端动态张开位移的崭新理论模型．     

无虚拟节点的有限元界面协调技术

分析了罚函数虚拟节点位移协调法，在此基础上提出了无虚拟节点罚函数位移协调法，推导了该界面协调技术的耦合公式，解决了网格突变情况下的位移协调问题，从而协调了计算精度与效率间的矛盾。通过算例分析，验证了其合理性，结果表明所提出的方法的刚度矩阵具有对称性、带状性，同时该法还有精度高、计算效率高等优点。     

双目视觉技术在高超声速颤振风洞试验中的应用

以验证高超声速颤振风洞试验技术为目标,为了获取试验模型在风洞流场激励下的位移形貌,运用风洞试验的方法研究了某翼面模型的颤振特性。采用一种基于双目视觉系统的试验方法,系统主要由CCD相机、图像采集卡和控制计算机组成,通过立体视觉标定和数字图像处理技术解算出模型变形的形貌。试验结果表明,该方法应用成功,与CFD/CSD数值计算结果比对良好,验证了该技术在高超声速风洞试验中应用的可行性。     

基于Harris角点检测的位移测量算法

在力学实验中,位移和应变的测量是最基本任务之一。本文提出了一种基于Harris角点检测的位移测量算法。通过检测变形前图像的角点,然后利用光流跟踪技术在变形图像中搜索其匹配点,最终计算得到位移值。算法对图像采用网格划分方式进行计算,达到了全场测量的目的。实验结果表明,该算法位移测量精度高、稳定性好,可作为基于图像处理的无损测量方法。     

扩展数字图像相关方法中裂尖位移函数的表征研究

探寻适用于扩展数字图像相关方法(X-DIC)的裂纹尖端位移函数,对于提高该方法在裂尖测试精度方面具有重要意义。本文基于断裂力学裂纹尖端位移场函数,进行主导项影响分析,并探究裂尖位移函数中各项及其组合项对位移场表征的贡献程度及对测试精度的影响。通过对I型、II型及混合型裂纹进行测试,发现各项及其组合项在不同裂纹类型测试中的影响有着较大区别,从而得出在X-DIC测试计算中影响裂尖位移场表征的主导项。最后,应用上述研究成果对某航空超硬铝合金的单边裂纹进行拉伸测试。     

Determination of the full-field stress and displacement using photoelasticity and sampling moiré method in a 3D-printed model

The quantitative characterization of the full-field stress and displacement is significant for analyzing the failure and instability of engineering materials. Various optical measurement techniques such as photoelasticity, moiré and digital image correlation methods have been developed to achieve this goal. However, these methods are difficult to incorporate to determine the stress and displacement fields simultaneously because the tested models must contain particles and grating for displacement measurement; however, these elements will disturb the light passing through the tested models using photoelasticity. In this study, by combining photoelasticity and the sampling moiré method, we developed a method to determine the stress and displacement fields simultaneously in a three-dimensional (3D)-printed photoelastic model with orthogonal grating. Then, the full-field stress was determined by analyzing 10 photoelastic patterns, and the displacement fields were calculated using the sampling moiré method. The results indicate that the developed method can simultaneously determine the stress and displacement fields.     

应用数字图像相关方法测量含缺陷试样的全场变形

利用数字图像相关方法测量表面带孔洞、裂纹、缺口等缺陷试样的全场变形是许多实际测量任务中经常遇到的问题。就此问题，本文阐述了一种先对要避免计算的缺陷区域进行标记，在随后进行的相关计算中直接避免这些标记区域的方法。在已计算得到全场位移的情况下，文中提出了基于局部位移场最小二乘拟合的方法来计算区域边界、孔洞、裂纹或缺口附近等区域应变。最后对单侧边带半圆缺口试样的单向疲劳拉伸实验的计算结果充分显示本文方法的有效性和可靠性。     

一种考虑旋转位移分量的数字图像相关法及其精度分析

提出了一种新的考虑旋转位移分量的数字图像相关法[CD2]旋转相关匹配法,其特点是先对图像子区进行预旋转,再进行相关匹配、相关系数、整像素和亚像素位移的计算。在物体产生旋转位移分量时,该方法可有效提高变形前后图像子区间的相关系数和位移计算精度。通过斜拉伸、剪切和悬臂梁弯曲实验,对旋转相关匹配法和直接相关匹配法进行了对比研究,并用灰度梯度法计算旋转后新图像子区和变形后图像子区间的亚像素位移。结果表明,在旋转位移分量小于10°的情况下,相比于直接相关匹配法,旋转相关匹配法可以得到更高的相关系数;在用灰度梯度法计算亚像素位移条件下,位移精度与试件位移不产生旋转时的直接相关匹配相当。