面向现代工业的光测力学发展趋势

本文简要阐述了光测力学的发展历史以及现代科学技术进步对光测力学发展所起的强大推动作用，分析了现代工业发展对光测力学提出的新要求，指出了光测力学发展所面临的任务和机遇。     

ESPI技术对外贴纤维混凝土加固承载的实验研究

采用电子散斑干涉技术,对外贴碳纤维加固混凝土梁的外贴材料位移的分布特征,进行了全场实时测量,通过实验获得的散斑干涉条纹图可以得到外贴材料与混凝土梁的粘结传力长度随粘结长度及初始载荷之间的关系;了解用于加固的碳纤维材料的应变分布特点和产生梁侧剥离破坏时的碳纤维表面位移(应变)的演化过程。实验还说明了电子散斑干涉技术不仅可用于位移的测量,而且也可用于结构安全监测和破坏预报。文中给出了对C20D、C25A和C60C侧贴碳纤维板加固在不同载荷作用直到构件破坏前的位移测试及对试件C60C轴线上的剪应力分析结果。     

基于主应变场的混凝土全表面开裂特征实时测量与分析

测量裂纹的扩展过程对于揭示混凝土结构的破坏机理和评价其力学性能十分重要. 本文提出了一种基于混凝土表面变形场的裂纹定位和宽度测量方法, 首先基于多相机数字图像相关方法得到混凝土试件表面的高分辨变形场, 发现开裂引起的位移梯度使裂纹附近的虚主应变场明显区别于未开裂处, 且主应变场在裂纹法线方向近似高斯分布. 借鉴在激光条纹中心线定位中广泛采用的Steger算法思想, 提出了基于主应变场的裂纹定位方法, 并将裂纹两侧位于法线上的面内位移向量做差沿裂纹法线方向上的投影为Ⅰ型裂纹宽度, 沿裂纹切线方向上的投影为Ⅱ型裂纹宽度, 最终得到了裂纹每一点的位置和宽度. 利用高精度平移台设计了模拟裂纹扩展的实验, 以验证Ⅰ型裂纹宽度的测量精度. 实验结果表明: 裂纹宽度的测量误差在0.010 ~ 0.017像素之间, 与理论预测相符; 测量误差的标准差在0.006 ~ 0.008像素之间, 测量结果比较稳定. 在同等分辨率下, 本文方法的测量精度优于基于图像的裂纹测量方法. 本文提出的方法可以全自动、实时地测量裂纹扩展, 为混凝土实验提供了一种可靠、精确的全场裂纹测量手段.      

小尺寸低碳钢试件吕德斯效应的三维数字图像相关测量

吕德斯效应是多种金属和合金材料由于屈服阶段的不均匀变形而在材料表面产生条带状褶皱的现象,它会使冲压件表面质量降低.为了防止它的出现,对吕德斯效应进行研究变得非常重要.采用小视场(15 mm×15 mm)下三维数字图像相关方法对小尺寸低碳钢试件在单轴拉伸载荷作用下的变形场进行测量,实际观测了小尺寸试件的吕德斯效应,结合理论模型解释了其形成机理,并分析了吕德斯带传播过程中应变及应变率的变化规律.实验研究表明,运用三维数字图像相关方法测量试件表面变形场,实现了对小尺寸低碳钢试件的吕德斯带演化过程以及颈缩、断裂等细观力学行为的观测,该方法是研究材料变形细观机理的一种有效测量手段.     

实时三维数字图像相关方法在材料力学教学中的应用1)

实验教学是理工科院校极为重要的教学环节,为使学生深刻理解理论知识,将现代光测力学方法用于实验教学具有重要意义。本文以铝合金拉伸实验和梁模型的三点弯实验为例,采用自主研制的实时三维数字图像相关方法进行教学内容展示。该方法可实时测量物体表面的三维形貌及变形,更直观地揭示材料力学中的变形规律和力学原理。实践表明,课堂演示易于调动学生的积极性,将理论与实验相结合,有助于增强学生分析问题的能力,相比传统电测方法具有无可比拟的优势。     

基于荧光偏振分像的多翅翼结构三维全场测量

昆虫飞行过程中，翅翼会出现扭转、弯曲、卷翘等交叠现象，各个翅翼间相互遮挡，导致传统光学测量无法直接分辨其飞行姿态。针对透明膜翅的相互遮挡问题，提出基于荧光偏振分像的三维数字图像相关方法，进行多翅翼结构的三维全场变形测量，解决翅翼遮挡的动态测量问题。根据偏振成像原理，采用反射镜、偏振镜与分光棱镜组合的分光光路，实现单个偏振相机测量单色翅翼的三维形貌；结合荧光散斑的光谱特征，在各个相互遮挡的翅翼上制作不同散斑荧光，利用带通滤波片分离各个翅翼上特定光谱的荧光散斑，实现多个翅翼的独立成像和同步测量。开展等厚度薄板相对面形貌、变形的测量实验，标定多个相互遮挡面的测量精度。测量昆虫(知了)翅翼交叠的不同形态，给出了任意相互遮挡翅翼的三维姿态，验证测量方法的可行性。     

Multi-frequency lateral shear interferometer system for simultaneous measurement of thickness and three-dimensional shape

This Letter demonstrates a novel lateral shear interferometer system for simultaneous measurement of three-dimensional(3D) shape and thickness of transparent objects. Multi-frequency fringe patterns can be created by tilting mirrors at different inclination angles. With a single camera, the multi-frequency fringes are recorded in one image. The phase-shift of the fringes can be generated synchronously only by moving a plane-parallel plate along an in-plane parallel direction. According to the feature of transparent materials, the thickness and 3D shape can be reconstructed simultaneously based on the relationship between the in-plane displacement and their characteristics. The experiment was conducted on a thin transparent film subjected to a shearing force,which verifies the feasibility of the proposed system.     

用于结构模拟地震试验的DIC图像实时无损压缩

随着高速、高分辨率数字图像技术的快速发展,数字图像相关(DIC)测量技术已经在结构三维动态变形测量中得到很好的应用.由于空间分辨率增加和帧频的提高,使得需要传输和存储的数据量也大大增加,尤其是采用多相机系统进行大型结构的模拟地震试验时,有限的存储空间往往会制约试验的时长,不能满足破坏性试验的需要.本文根据土木结构DIC...     

基于频闪栅线投影的三维微结构高频动态测试系统

在微电子机械系统(MEMS)中,执行器的动作主要通过微结构的微小变形来实现,故其动态变形测试具有十分重要的意义.本文采用栅线投影测量和频闪成像技术,研制了一套三维微结构高频动态测试系统,可以实现高速10MHz频率的动态变形测量.由于在频闪测量中,光源照明信号与器件激励信号需严格同步,本文采用直接数字频率合成和现场可编程...     

电子封装件在热-机械载荷作用下力学行为表征的实验方法综述

电子封装件在热-机械载荷作用下力学行为(尤其是热应力)的表征对于其机械可靠性的评价,失效分析和封装工艺的改进具有重要的意义.本文对目前该领域内主要的实验方法进行了简要的介绍,每项主要实验技术的优缺点、适用范围及其最新的发展及应用等都做了必要的阐述.这些实验技术与有限元方法的结合(杂交法)是探索电子封装件机械可靠性的最有效的方法并且代表着改领域的发展方向.