一种基于图像相关的双图像法测量细观试件弹性模量的方法

本文提出了一种基于图像相关的双图像法测量弹性模量的方法,测试精确度比单图像方法的精确度提高了一个量级,通过实验验证了方法的可靠性。利用双图像法对细观尺度不锈钢薄带和牛骨试件的拉伸弹性模量进行了测量,发现牛骨试件的拉伸弹性模量随着厚度的减小而减小。     

基于数字粒子图像的细水雾全场速度测量

水文通过利用激光片光照明细水雾喷雾场和采用数字成像系统获取了喷雾粒子的运动轨迹图像，进而通过研制相应的图像处理和分析软件，重建了细水雾雾场粒子的速度分布，本方法是直接对流场中的粒子成像。因而测量时无需施加示踪粒子对数字成像系统的图像获取速度要求不高，且在图像数据的分析处理方面不像DPIV技术的互相关算法，对示踪粒子的数密度有一定的限制，因此，本方法可用于不宜添加示踪粒子或流场中粒子数密度较低的喷雾场或其它两相流场中粒子速度场的测量。     

基于可变形蜂窝的柔性蒙皮力学性能分析与结构设计

变体飞机可以在飞行中充分改变外形获得最佳气动效率以适应变化的任务环境.覆盖在结构表面的蒙皮不仅要具有良好的面内方向柔性,产生满足设计变形量的光滑连续变形,同时要提供足够的垂直平面方向刚度,维持气动构型,并将气动载荷传递到下层结构.论文提出一种在十字形可变形蜂窝表面覆盖硅胶表层的结构作为柔性蒙皮,理论分析了该柔性蒙皮在面内方向的变形机理以及十字形可变形蜂窝的形状参数对其力学性能的影响,并与仿真和试验结果进行了比较.根据后缘变弯度机翼的设计要求,给出了柔性蒙皮的设计参数范围.结果表明该柔性蒙皮具有足够的面内方向变形能力和垂直平面方向承载能力,满足变弯度机翼后缘设计要求.     

SHPB装置应用于测量高温动态力学性能的研究

ＳＨＰＢ（分离式Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆）装置由于具有结构简单、操作方便等优点，为人们普遍采用；但作测量材料的动态高温力学性能方面还存在诸多不便之处。本文研究了附有恒温加热炉的ＳＨＰＢ装置，利用一维应力波传播理论和传热学原理，修正了温度梯度场对波形测量的影响，从而使ＳＨＰＢ装置用于高温动态力学测量更为准确可靠；并实际测量了３０ＣｒＭｎＳｉＡ钢从室温到高温（６００℃）的动态（１．５～４．０×１０３ｓ－１）应力应变曲线。     

基于可见光与红外图像特征融合的目标跟踪

针对单一图像源下目标跟踪精度不高的问题,利用跟踪状态下的目标存在于可见光与红外图像中的特征对连续自适应均值移动跟踪算法做出改进。首先选取可见光图像的“颜色梯度背投影”作为改进的目标模型,选取红外图像的“灰度梯度背投影”作为改进的目标模型;然后根据可见光序列图像和红外序列图像各自进行连续自适应均值移动跟踪算法得到的对应的qi系数判定两种图像跟踪的效果,对两种图像的权重进行自适应调整,得到这两种图像的特征级融合图像和跟踪结果。实验结果表明,对于320像素×240像素的可见光和红外图像,基于可见光与红外图像特征融合的目标跟踪算法在复杂背景下能够较准确的跟踪目标,目标跟踪精度为0.5像素,跟踪速度为30~32 ms/帧。     

玉米根茬剪切力学性能试验与分析

为提高免耕播种机破茬刀的工作性能,需要分析剪切速度、切刀刃型及剪切方式对根茬剪切性能的影响规律,采用微机控制电子万能试验机对玉米根茬进行上述三因素随机区组剪切性能试验。结果表明:剪切方式对最大剪切力的影响最大,其次是剪切速度;切刀刃型对最大剪切力的影响较小;最大剪切力随着剪切速度的增大而减小;同一刃型切刀在相同剪切速度下,横切时最大剪切力最大,劈切时最大剪切力最小;同一剪切方式在相同剪切速度下,直刃切刀的最大剪切力最大,凸圆刃切刀的最大剪切力最小;不同剪切方式,切茬过程的负荷-变形曲线不同。     

基于图像分析的质心和转动惯量测量方法

提出了一种基于图像分析的质心和转动惯量测量方法,该方法将图像分析和悬挂法以及复摆法结合起来,通过图像分析提取试件的悬挂线以及试件做复摆运动的周期,从而实现对试件的质心和转动惯量的测量.本方法为实验教学提供了一种方便的手段,能够有效促进理论力学课程的教学.     

基于分子动力学的氧化石墨烯拉伸断裂行为与力学性能研究

与石墨烯相比,氧化石墨烯(graphene oxide, GO)的亲水性、分散性和反应活性更好,更易于作为增强材料而研发生成性能超常的复合材料,但另一方面,由于其电子结构较为复杂,致使目前有关力学方面的研究存在一定差异.本文利用分子动力学方法,建立了羟基、羧基和环氧基等官能团随机分布的GO原子模型;通过单向拉伸模拟,分析了其断裂行为,结果表明,远离羟基和羧基的环氧基对断裂具有"诱导"作用,并从化学成键、体系能量和应力分布三个角度对其机理进行了阐释;此外,进一步研究了拉伸应力$\!$-$\!$-$\!$应变曲线、极限强度、极限应变等力学性能与含氧官能团覆盖度间的关系,结果表明,极限强度、极限应变均随含氧官能团覆盖度的增大而呈减小趋势.分析认为,主要原因是官能团的出现对石墨烯面内的sp$^{2}$杂化形式造成了破坏,进而使得原子间键合能弱化,随着含氧官能团的覆盖度的增大,被弱化的键合能的数量和程度将越大,从而使得GO的极限强度、极限应变等越低. 研究结果可为GO的基础研究和工程应用提供参考.      

基于图像分析的金属颈缩过程实验测量方法

提出了一种基于简易图像分析的试件颈缩测量的方法,可以方便有效地定位试件颈缩部位并测量其直径的变化,同时可以测量试件的轴向应变,进而得到试件的名义应力应变曲线及真应力应变曲线．本方法为普通实验室中试件颈缩的测量提供了方便而有效的实现手段,因而可以有效促进材料力学等课程的教学．     

点阵增强型复合材料夹层结构的力学性能实验与分析

采用真空导入成型工艺,制备出在面板与芯材界面上具有创新构型的点阵增强型复合材料夹层结构。对其面板拉伸性能、夹层结构剪切与平压性能进行了实验研究,得出点阵增强型复合材料夹层结构经树脂柱增强后,剪切与平压性能均得以提高的结论。对不同跨高比复合材料夹层结构开展了三点与四点弯曲实验,研究其典型受力破坏形态与机理。基于Eshelby等效夹杂原理,采用Mori-Tanaka方法求解了点阵增强型复合材料夹层结构经树脂柱增强后的剪切性能。利用经典夹层梁理论和非线性有限元模拟方法,预估了试件抗弯刚度与受弯极限承载力,理论分析与实验结果较吻合。     

基于三维DIC方法的高强钢拉伸力学性能测定

高强度钢在建筑等工程领域发挥着极为重要的作用,因此准确测定其力学性能具有至关重要的意义．鉴于传统机械引伸计在小尺寸试样变形测试中的不便性,利用三维数字图像相关(3D-DIC)方法,对8.8级螺栓和Q690钢这两类试样在单轴拉伸试验全过程中的变形进行了测试,分别得到了应力-应变曲线、弹性模量、屈服强度、强度极限、断后延伸率和断面收缩率,由于试样在屈服阶段应变增加而应力基本不变,因此同时研究了该阶段中试样从弹性变形演化到塑性变形的发展规律．实验结果表明三维DIC在小尺寸试样力学性能测试方面具有很强的优越性,可用来灵活地测量变形并研究变形的演化规律．     

基于未标定序列图的形貌测量方法

提出一种形貌测量方法,从未标定序列图中同时提取出特征点的三维坐标和摄像机的运动矩阵,实现对目标物体的三维测量。首先用齐次坐标表达了空间点的投影变换矩阵,并根据该矩阵推导出投影比例式,运用投影深度和投影矩阵之间的循环相关性进行迭代运算,得到比普通双目视觉更加精确的深度数据。其次对分解得到的摄像机运动矩阵和空间点坐标施加度量约束。运用基于因式分解的归一化算法,恢复出欧氏空间里的摄像机运动矩阵和空间点坐标。基于这种方法,实现了曲面标记点的坐标测量,得到了三维形貌数据,误差小于0.16mm。     

根据散斑统计性质测量运动速度的一种新方法

本文提出了一种根据散斑统计性质测量物体运动速度的新方法.在夫朗和费衍射区一点记录运动物体的漫射散斑场随时间的变化,并将记录时城信号作快速付氏变换,转换到频率域上,从功率谱宽度或其所覆面积可推算出物体运动速度.本文从理论上作了分析,推导出物体的运动速度和记录信号功率谱函数的简单关系.实验验证与理论分析吻合一致.该法可作实时测量.     

基于DIC方法的残余应力快速测量系统

结合数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)方法与钻孔法,开发了残余应力快速测量系统。该系统可分为两部分:适用于现场测量的便携式机械系统与针对残余应力测量而改进的基于DIC算法的程序。在四点弯曲加载平台上对工件进行载荷释放前后的残余应力测量试验,通过与应变片测量结果进行对比,该残余应力测量系统的精度达到了应变片测量的同等精度。同时,该测量系统解决了传统应变片测量系统对心误差大、操作繁琐、效率低和测量结果稳定性差等问题,具有较高的工程应用价值。     

干涉应变计法在焊缝材料力学性能测试中的应用

在焊接结构中,焊缝的不同区域(如热影响区和熔合区)的材料力学性能对整个结构的安全性、可靠性起着至关重要的影响。本文介绍了用于高精度应变测量的干涉应变计法(ISDG),并利用自行研制的微小试样拉伸试验机,对20Cr合金钢压力容器中部分焊缝材料,分热影响区和熔合区对其材料力学性能进行测试,在国内首次获得了焊缝不同区域的全历程应力-应变曲线,对热影响区材料的软化现象进行了定量的描述。     

计算叶片力学特性的三维8节点非协调有限单元法

针对叶片结构几何形状复杂的特点，建立了能进行叶片力学特性分析的三维8节点非协调有限单元模型。该模型采用了几何非线性和线弹性模式，来考虑叶片径向刚度远大于弯曲刚度而引起的在不同转速下初应力对叶片的作用，能够正确反映叶片的弯曲和扭转耦合振动模态、叶片组的切向和轴向振动模态以及它的应力状态。根据质量等效和力等效的原理，导出了在非协调单元中计算单元变形能时，记入附加的内部自由度，而计算单元的动能、体积力、表面力、以及阻尼力所做的虚功时，不记入附加的内部自由度，这是不同于目前一些文献中的提法。最后，通过实例计算验证了该模型的正确性。     

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。     

基于三维数字图像相关方法的面部表情变形测量研究

目前关于人脸面部表情的相关研究正在逐渐应用到各领域,而其研究大多为基于数据库的定性分析。本文将三维数字图像相关方法用于人脸面部表情研究。首先,针对人脸面部图像的具体特点,在深入研究方法原理的基础上,提出以参数优化和消除刚体位移来提高实验测量精度。在此基础上,对普通表情和微表情状态下面部肌肉变形进行精确的计算和定量的研究,分析特定表情的形成原因。实验采用自传式回忆的方法唤起被测试者的基本情绪,随之进行模仿来诱发面部普通表情;采用指导性表达抑制的方法诱发被测试者的微表情。通过对特定表情状态下的肌肉运动进行全场和局部的计算,获得精确的三维位移场和位移矢量场。结果表明,面部微表情状态与普通表情状态的运动规律基本一致,只是位移幅度存在显著差异。实验测量结果与实际情况基本吻合,符合常规认知。不同的是本文将特定表情状态下面部肌肉的运动规律从以往的感性认知上升到精确计算和定量分析的水平,为面部表情的自动识别及形成机理的深入研究提供了良好的基础。     

用应力波方法,测定粘弹性材料的动态力学性能

本文用粘弹性材料中应力波的弥散及衰减特性的实验数据来计算材料的动态力学性能参数。用塑料杆的纵波实验,测定了材料的拉压复柔量,并探讨了用横波实验测定材料剪切复模量的方法及有关问题。由测定结果在理论分析中应用,讨论了结果的可靠性。     

原子力／摩擦力显微图象的分析与测量

用表面粗糙度评定方法和分形几何方法，结合原子力／摩擦力显微图象的特点，编制了包括Ｒａ，Ｒｑ，Ｓｍ，Ｓ，λａ，λｑ及高度分布、承载率曲线、相关函数、功率谱和分形维数等参数的图象分析与测量的ＦＯＲＴＲＡＮ程序；用ＳＴＲ－１８０和ＳＴＲ－１０００标样作了高度标定，对国产Ｎａｔｕｒｅ磁带和进口Ｓｏｎｙ磁带的原子力／摩擦力显微图象进行了分析测量．结果表明：Ｎａｔｕｒｅ磁带的粗糙度和粒度均比Ｓｏｎｙ磁带的大；微摩擦力与表面轮廓及表面轮廓斜率之间均有良好的对应关系．