柔性曲拱振动测量的双尺度数字图像相关方法

以柔性曲拱为研究对象,提出一种双尺度数字图像相关方法。在整数像素尺度,通过傅里叶变换快速找到变形参数的像素级初始估计;在亚像素尺度,结合像素级初始估计和逆合成高斯-牛顿迭代,得到亚像素精度的振动测量。在获得结构振动响应后,使用频域分解方法识别结构的固有频率、振型。最后,开展柔性曲拱的视觉测量实验,并辅以激光测振仪测量进行对比分析,验证了所提方法在柔性结构振动测量和模态辨识中的有效性。

基于数字图像相关方法的等应变率下不同含水率砂样剪切带观测

在压缩位移控制加载条件下（加载速率为5 mm/min）,针对不同含水率（12.7%~16.5%）砂样,利用自主开发的基于粒子群优化的数字图像相关方法,开展了最大剪切应变场的观测研究,获取了子区尺寸对砂样不同位置最大剪切应变的影响规律。研究发现,随着砂样含水率的增加,变形更加均匀,最大剪切应变高值区分布变得宽广,反映了剪切带的数目增加,微裂纹出现之前的最大剪切应变提高;随着纵向应变的增加,在应变高值区,最大剪切应变以非线性方式迅速增加,但在应变低值区,一般以线性方式增加。当剪切带出现以后,特别是在变形后期,子区尺寸对最大剪切应变有明显的影响。最大剪切应变随子区尺寸变化的演变规律与子区所处位置密切相关。

数字图像相关方法最优散斑尺寸

综合分析了图像灰度噪声和亚像素插值误差这两种最主要的误差源对数字图像相关方法位移测量精度的影响,并在此基础上建立了计算数字图像相关方法的总测量误差数学模型.在综合考虑这两种误差的基础上具体分析了散斑尺寸对数字图像相关方法的位移测量精度的影响,运用理论分析和数值模拟得到了不同参数下的最优散斑尺寸.研究结果表明,对于一定的测量参数而言,存在一个散斑尺寸的最优区间,在这个区间内的散斑越多,数字图像相关方法的位移测量精度越高.

数字图像相关方法在膜材拉伸试验中的应用

利用数字图像相关方法(DICM),测定了双轴拉伸试验条件下Précontraint 1202 Fluotop T2膜材的力学性能,并分析了该膜材的徐变特性。采用CCD及其计算机处理系统,实时获取变形前后膜材表面图像,对变形前后的图像进行相关运算获得应变;确定了膜材的弹性模量和泊松比及徐变时的应变-时间关系。测试及分析结果表明该方法为膜材力学性能的检测研究提供了新的途径。

用于物体表面形貌和变形测量的三维数字图像相关方法

使用单个摄像机的二维数字图像相关方法通常仅局限于平面物体的面内变形测量,而使用两个摄像机基于双目立体视觉原理的三维数字图像相关方法克服了这一局限,可对平面和曲面物体表面的三维形貌和载荷作用下的三维变形进行测量。本文介绍了三维数字图像相关方法的基本原理及其关键技术,并用两个典型的实验验证了该方法的有效性。

基于数字图像相关方法的粘接界面细观破坏分析

对粘接界面在拉伸过程的变形破坏过程进行了观察,对获得的图像采用数字图像相关方法进行处理,获得了界面的位移场,进而分析其变形演化过程与细观破坏机理。结果表明:数字图像相关方法可以有效地分析粘接界面中细观破坏过程,界面的细观破坏经历损伤的累积及局部化过程,最终沿某一局部化带发生宏观破坏。

数字图像相关方法在桥梁裂缝变形监测中的应用

本文结合工程实际背景分析了数字图像相关方法应用在桥梁裂缝变形监测中的可行性及优越性,根据桥梁裂缝变形的特点采用数字图像处理技术中的位移梯度法进行所选区域的相关匹配搜索并对相关系数的计算公式加以改进,使实验过程得以简化,计算结果全场化、直观化。本文对数字图像处理软件的测量精度和在实际测量中的测试误差进行了分析和研究,证明该软件能够更加精确地测定裂缝在各种荷载作用下的变形量值。实际的桥梁测试也验证了该方法的可行性和优越性。若图像记录设备的分辨率是12.47pixel/mm(0.0802mm/pixel),本文所涉及到的桥梁裂缝边缘的位移测试精度为0.000802mm。

单轴压缩湿砂样局部及整体体积应变的数字图像相关方法观测

确定体积应变局部化区域对于涉及孔隙流体的地质灾害研究具有重要意义。体积应变局部化区域可能比最大剪切应变局部化区域更接近于孕灾地点。在单轴压缩位移控制加载条件下,测试了3个湿砂样(含水率为12.7%~17.1%)的应力–纵向应变曲线,在微裂纹出现之前及稍后,利用自主开发的基于粒子群优化的数字图像相关(DIC)方法计算了砂样的局部体积应变的变化规律。研究发现,在加载过程中,局部体积应变由均匀分布(近似线性阶段)向不均匀分布(硬化阶段)转变,直至出现局部体积应变局部化现象。在剪切带切向上,和最大剪切应变的相对均匀分布相比,局部体积应变的分布具有多峰性,这应与周期性的微裂纹出现有关。在微裂纹出现稍前,剪切带的变形是以膨胀为主,剪切带已较为显著,带内的最大剪切应变和局部体积应变分别比带外多2倍和4倍,但在此前,剪切带的膨胀和收缩现象共存。计算了所有测点所围区域的整体体积应变随纵向应变的演变规律。基于DIC方法的整体体积应变计算方法的优越性在于:具有亚像素精度,考虑了应变二阶量的影响。

数字图像相关方法在闭孔泡沫铝压缩试验中的应用

为了了解相对密度与胞孔结构对闭孔泡沫铝力学性能的影响,本文采用放大成像及数字图像相关技术对两种不同密度的泡沫纯铝试样进行了实验研究。利用数字图像相关方法对泡沫纯铝变形前后的图像进行相关计算,获得了弹性范围内静态压缩情况下闭孔泡沫铝材料表面的全场变形及局部孔结构的变形,同时根据试验结果计算了试件的名义弹性模量。实验结果表明泡沫铝整体孔结构的变形与泡沫金属材料相对密度有关,而单个孔结构的变形主要与孔壁面光滑程度和皱褶有关。实验结果还表明图像相关方法能够有效地应用于闭孔泡沫金属的力学性测量和评估的研究。

数字图像相关方法分析PBX带孔板拉伸应变场

为研究孔结构对高聚物粘结炸药(PBX)的拉伸力学行为的影响,设计了一种带中心圆孔的平板试样进行实验,基于数字图像相关方法(DICM)对实验进行应变场分析。试样在圆孔处发生脆性断裂,应变分量εyy作为主特征破坏参数在圆孔左右边缘先达到临界值,继而裂纹起裂并扩展至破坏。实验所得应变场除有显著的不均匀性和非对称性,基本与理论预测相一致。分析认为材料的不均匀性和微观缺陷是应变场分布不均匀的重要原因,小孔处的应变集中是试样破坏的主要原因,但是缺陷也会劣化结构抵抗破坏的能力。

推进剂粘弹性泊松比测试的数字图像相关方法

固体推进剂是典型的粘弹性材料,其泊松比是时间的函数,相关标准中基于接触式测量方法的结果将推进剂泊松比视为常数,影响了药柱结构完整性分析的精度。针对此问题,推导了粘弹性泊松比的松弛型定义,提出了一种基于数字图像相关方法的固体推进剂泊松比高精度测量方法,研制了相应的测试系统,并测量了某HTPB推进剂的粘弹性时变泊松比。评估试验显示该测试系统的应变测量精度可达20με,有效解决了推进剂泊松比千分位测不准的难题。结果表明,推进剂泊松比随松弛时间的增加而增加,具有明显的粘弹特性。所提方法可为粘弹性材料泊松比的高精度测量提供参考。

基于粒子群算法的整像素数字图像相关方法

为了克服基于传统数字图像相关(DIC)方法的结果易于陷入局部最优等缺点,将基于群体智能的粒子群优化算法引入到DIC方法中(未考虑亚像素插值),对一幅散斑图平移后的位移进行了计算,验证了该方法的正确性。在搜索域内,当运动或变形后散斑图中若干目标子区与样本子区比较相似时,相关函数可能有多个极值。对这种情况下的点的位移进行了计算,观察了相关搜索时粒子运动的轨迹。研究发现,在迭代初期,该算法具有较强的全局搜索能力;在迭代后期具有较好的局部搜索能力。计算结果表明,该算法可以跳出局部最优;研究了样本子区尺寸、粒子数、粒子飞行的最大速度和最大迭代次数对计算时间的影响。

数字图像相关方法应用于力学参数测试

针对数字图像相关方法应用于力学参数测试实验问题,开展了基于该方法测试泊松比和应力强度因子的实验研究.研究结果表明:数字图像相关方法可以有效测定试件的泊松比和应力强度因子;该方法具有测试系统简单、全场和数据直观的优点;又具有应用范围广和测试精度调节方便的优点.数字图像相关方法也可应用于变形、振动和流场中相关力学参数的测试.

基于Newton-Raphson迭代与PSO数字图像相关方法

鉴于基于Newton-Raphson(N-R)迭代的数字图像相关方法对迭代初值的敏感性问题,提出了一种基于N-R迭代与粒子群优化(PSO)算法的数字图像相关方法。该方法利用了PSO算法中的全局搜索能力与N-R迭代中的局部搜索能力,通过它们的交替迭代以改善初值;以改善后的初值进行最后的N-R迭代。经检验,该方法比N-R迭代对初值的要求宽松。这是由于在N-R迭代与PSO算法多次交替迭代之后,位移和应变的初值都得到了一定的改善。对相似材料模型受载破坏后表面上的点的位移和应变进行了计算,获得了较好的结果。

基于测点优化的亚像素数字图像相关方法

鉴于传统数字图像相关(DIC)方法采用的布点方式(水平成行,垂直成列)很可能会将一些测点分布在散斑质量较差的位置,提出了一种基于测点优化、Newton-Raphson(N-R)迭代与粒子群优化(PSO)算法的DIC方法。首先,通过在原始测点周围寻找散斑质量较好的区域来优化测点位置;然后,采用基于N-R迭代与PSO的粗细搜索方法计算优化后(非均匀分布)测点的位移场;最后,采用二维格林样条插值算法对该位移场进行插值以获得原始测点处的位移场,再由中心差分方法获得应变场。对3幅散斑质量差别较大的散斑图上的测点进行了优化,并将传统方法和提出方法获得的应变的各种结果进行了比较。研究发现,当样本子区尺寸在21~41 pixel之间时,对于平均灰度梯度处于10~20 pixel^(-3),且预加应变量处于0.01~0.05之间的散斑图,采用该方法可以获得较好的测量结果,这与优化测点位置有关。若采用该方法仅对原始测点中分布在散斑质量较差位置处的那些测点进行优化,有望获得更为理想的测量结果。

金属微区塑性变形测试的数字图像相关方法

数字图像相关方法被广泛应用于材料微尺度力学行为的研究,但是按照时间序列(顺序)对金属试件微区塑性变形进行测试时,该方法可能失效。探讨数字图像相关方法顺序测试过程的失效原因,提出逆序测试过程并验证其可行性。依据金属单边缺口试件在不同载荷下的变形测试结果,提出利用相关系数作为数字图像相关方法顺序测试过程的失效判据,并采用数字图像相关方法逆序测试过程测试某载荷下试件微区的水平位移场。研究扩展了数字图像相关方法的适用范围,使之能准确测试金属试件微区的大塑性变形。

数字图像相关方法中基于熵的散斑子图质量评价研究

在数字图像相关测量计算过程中,直接参与互相关计算的是散斑子图,而散斑子图质量对测量精度具有重要影响。因此,如何有效评价散斑子图质量是数字图像相关方法研究的热点问题。将信息论中用于衡量信息量的“熵”概念引入散斑子图评价,提出以图像熵为评价参数的散斑子图质量评价方法。为验证该评价参数的有效性,对采用不同方法采集的3幅不同类型散斑图进行位移测量实验。实验结果表明:位移测量精度与散斑子图熵有紧密的关系,散斑子图熵越大,位移测量精度越高。实验结果验证了图像熵可有效用于散斑子图的质量评价。

数字图像相关方法在板载芯片封装热变形测量中的应用

针对板载芯片封装结构中由于各层材料热膨胀系数的差异引起的热失配现象,利用数字图像相关方法对板载芯片封装结构在热载荷下的表面热变形分布进行实验测量,并比较了不同封装配置对结构热变形的影响.建立了适于求解结构表面热变形分布的理论模型,利用实验结果和有限元模拟验证了理论模型.同时表明了实验方法的有效性和可行性,为微机电系统器件设计提供了有益的参考.

面向飞行器的高温数字图像相关方法研究现状及展望

飞行器在服役中面临着严酷的高温环境,飞行器构件高温力学性能的研究对于其结构设计与可靠性保障十分重要。数字图像相关方法作为一种常用的非接触式光学测量方法,具有测量精度高、环境要求低、全场测量等优势,但在高温环境下的测量仍存在诸多技术难题。本文针对高温导致的退相关现象、热流扰动消除、高温散斑制备技术、力热解耦困难及特殊场景下光路遮挡受限等问题技术难题介绍了对应的改进方法,总结了国内外研究人员的优化思路与解决方案,最后针对飞行器力热参数测量需求,对高温数字图像相关方法的技术发展趋势进行展望。

数字图像相关方法在实验力学教学中的应用

数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)方法以其非接触、高精度、全场变形测量等优点,在力学、航空、航天、土木工程、生物医疗等多个领域呈现出广阔的应用前景。将DIC方法引入课堂,以板件拉伸试验为例,通过DIC方法和有限元仿真给学生呈现拉伸变形的基本过程及切应力和滑移线等力学概念,并将DIC方法测试结果和传统的应变电测法及有限元仿真分析结果进行了对比,使得教学过程更具思辨精神,极大激发了学生的学习兴趣,取得了良好教学效果。