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。     

双频投影栅线法测量三维物体形状算法的讨论

本文对用双频投影栅线法测量物体表面三维形状的现有计算方法作了比较，并进行数值模拟计算，给出比较结果，指出各方法的优劣。     

基于梯度的数字体图像相关方法测量物体内部变形

数字体图像相关方法通过分析两幅以体素为单位的三维体图像获得物体内部的三维变形信息.在利用数字体图像相关方法测量物体内部变形的过程中,整体素的位移场可以通过简单的空域搜索获得,因此如何计算亚体素位移是提高该方法位移测量精度的关键.介绍了一种基于空间灰度梯度的亚体素位移测量算法,并用计算机模拟生成的可精确控制位移的三维散斑...     

基于超灵敏视频引伸计的飞行器舵机连杆拉压刚度准确测量

舵机连杆拉压刚度的准确测量对于飞行器舵机的安全服役至关重要,而拉压刚度的准确测量则高度依赖于舵机连杆变形的高精度测量.传统的夹持式引伸计虽然可用于材料或结构拉压变形的精确测量,但其测量标距通常较为有限,不能满足复杂工程结构(如飞行器舵机连杆等)变形测量的实际需求.基于远心成像镜头的非接触光学视频引伸计也能满足结构变形的...     

数字体图像相关方法中的残余灰度场计算研究

残余灰度场是变形前后数字体图像中对应体素点的灰度之差。在基于有限单元的全局数字体图像相关（DVC）方法中,残余灰度场作为计算区域各体素点匹配质量的目标函数,可直接计算获得,并可用于材料内部损伤演化或裂纹扩展的精细表征。然而,当前广泛使用的基于图像子体块的局部DVC只能获得计算区域内各离散计算点的位移、应变和相关系数信息,无法直接计算区域内各体素点的残余灰度。相较于相关系数和变形信息,残余灰度场可实现逐体素的匹配质量评价,在内部损伤或裂纹扩展的可视化观测和准确定位方面具有显著优势。为能在局部DVC中获得残余灰度场信息,提出一种简单有效的残余灰度场计算方法。该方法基于三维Delaunay四面体剖分算法,并利用有限元框架对局部DVC离散计算结果进行稠密插值,以获取逐体素连续位移场,并将其用于变形体图像校正。模拟和真实实验结果表明,基于局部DVC测量结果后处理计算获得的残余灰度场不仅可以实现精准的损伤定位,还能观测到裂纹形貌以及界面脱黏行为。所提方法弥补了当前局部DVC在精细化匹配质量评价方面的不足,有望拓展该方法在材料和结构内部损伤观测和定位中的应用。     

接触式与非接触式引伸计应变和泊松比测量精度比较

接触式电子引伸计方法和非接触式视频引伸计方法是当前材料力学性能测试中应变测量的两种主要方法,其测量原理迥异,亦各具优缺点。本文对商业接触式电子引伸计和最新研制的基于数字图像相关方法(DIC)的先进视频引伸计的性能进行了系统比较,设计标准铝板试样单向拉伸实验定量比较了两种引伸计横纵应变与泊松比的测量结果。结果显示,两者测量纵向应变结果比较接近,接触式引伸计的精度略高,但两者的不确定度在相同的量级。考虑到视频引伸计使用便捷、适用测量对象和测量范围广泛的特点,因此应用前景更为广阔。     

数字图像相关中基于可靠变形初值估计的大变形测量

为使数字图像相关方法适用于大变形测量,提出一种变形初值估计方法.通过在变形前图像中第一个计算点附近选择三个或更多特征点并在变形后图像中选择其对应点,利用坐标对应关系获得该点可靠的变形估计值作为Newton-Rapshon方法的迭代初值.该方法可对被测物体存在任意刚体转动或大变形情况下的表面变形进行准确测量,克服了通常的基于整像素位移相关搜索再进行亚像素位移测量的数字图像相关方法在被测物面存在稍大转角或大变形情况下即不能使用的缺点.对存在相对刚体转动图像的位移场和聚丙烯泡沫塑料压缩实验的大变形进行了测量,结果充分显示本文方法的有效性.     

梯度算子选择对基于梯度的亚像素位移算法的影响

基于梯度的亚像素位移算法中不同的灰度梯度计算方法对计算结果的影响进行了研究,列出了几种常用灰度梯度计算方法,并用对相邻5像素点的离散灰度进行三次样条插值的方法推导出两种灰度梯度算子。然后对计算机模拟生成的散斑图像对用各种梯度算子计算得出的亚像素位移与预先设定的真实值做了比较,给出了相应的均值误差和均值相对误差。最后的真实试件的刚体平移和单向拉伸实验结果表明,Barron算子是所列的几种梯度算法中最为精确、稳定的梯度算子。     

数字图像相关方法中匹配及过匹配形函数的误差分析

基于图像子区的数字图像相关方法需采用合适的形函数来近似目标图像子区的真实变形。由于实际测量时目标子区的局部变形往往是未知的,实际采用的不同阶次(零阶、一阶和二阶)的形函数不可避免地产生误匹配(欠匹配和过匹配)问题,从而引入位移测量的系统或随机误差。尽管由欠匹配形函数引起的系统误差已被充分认识,由过匹配形函数引起的位移误差仍缺少理论解释。本文首先推导出采用一阶和二阶形函数的数字图像相关方法的随机误差理论公式,随后采用一系列数值实验验证了理论公式的准确性。结果显示:过匹配形函数不会引入额外的系统误差,但会增加随机误差,且二阶形函数的随机误差是一阶形函数的二倍。考虑到由欠匹配一阶形函数引入的系统误差往往远大于过匹配二阶形函数的随机误差,因此在未能确知变形的情况下,推荐使用二阶形函数。     

超高温、大热流、非线性气动热环境试验模拟及测试技术研究

超高温、大热流、非线性气动热环境试验模拟技术及相应的极端高温环境力学测试技术,是高超声速飞行器防热材料和结构安全设计中事关研制成败的关键技术。本文介绍了自行研制的可实现高至210℃/s的极快非线性升温速率、能够生成高达2MW/m2的瞬态非线性热流密度、实现高达1500℃超高温氧化热环境的石英灯红外辐射式气动热环境试验模拟系统。基于这一性能优越的超高温气动热环境试验模拟系统,发展了如下超高温热环境力学测试技术:1)提出对环境光变化不敏感的主动成像数字图像相关方法,实现了C/SiC复合材料1550℃高温变形的非接触、全场光学测量;2)发展了1400℃超高温热/力联合试验环境下SiC/SiC复合材料结构的断裂特性试验测试技术。本文还简要介绍了高速巡航导弹翼面结构900℃高温热振联合试验,950℃高温非线性热环境下的蜂窝结构隔热性试验等研究内容。本文所发展的超高温气动热环境试验模拟技术和高温热环境力学测试技术,对航天航空领域高超声速飞行器的研制具有重要的军事工程应用价值。