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.

多相机数字图像相关在变形灌浆套筒单向拉伸试验中的应用

为研究钢筋套筒灌浆连接的受力性能,建立了适用于大曲率复杂曲面变形测量的多相机数字图像相关系统,并利用此系统对一种变形灌浆套筒进行了单向拉伸试验,跟踪测量了套筒表面的全场变形信息.结果表明:多相机数字图像相关系统能够完整重建灌浆套筒的三维形貌,并获得套筒表面任意位置的变形状态,包括传统应变片方法难以测量的套筒变形段凹槽处变形;将套筒表面应变分布规律与应变片测试结果和有限元分析结果进行对比,证实了多相机数字图像相关系统的可靠性.多相机数字图像相关为研究灌浆套筒的连接性能提供了直观且全面的新试验手段,也为大曲率复杂曲面的三维形貌与变形测量提供了有效的测试方法.

基于FLUENT的移动车辆下的车桥气动特性研究

为了研究车桥系统中车辆和桥梁之间的气动影响以及车桥系统的气动特性,基于流体软件FLUENT分别建立了车辆、桥梁、车桥系统的三维分析模型,计算了侧风下移动车辆和桥梁的气动力参数。结果表明:车桥之间有明显的相互气动影响,车辆的存在使得桥梁气动力参数增大,车桥之间的气动干扰显著影响了车辆气动力参数;与静止车辆相比,移动车辆的气动力参数普遍偏大;车速与风速对车辆的气动力参数影响显著,对桥梁影响较小。

以工程问题为导向的“结构力学”教学设计及实施

“结构力学”课程在土木工程学科知识体系中起着承前启后的关键作用。针对课程教学中主知识、轻育人的问题,秉承“学以致用、以用促学”的教学理念,构建以工程问题为导向的教学模式。通过热点案例导入、挖掘结构力学发展史与方法论、互动与实验增强实践、学习通融合线上线下等措施,在理论教学中逐步渗透发现、分析和解决工程实际问题的思维和方法,培养学生工程实践的意识。以期在传授专业知识的同时,实现能力的培养和价值观的引领。

“PBL-互动式”教学模式在“结构力学”中的探索

“结构力学”在土木工程学科的知识体系中起着承前启后的关键作用,针对“结构力学”课程教学问题,采用“PBL-互动式”教学模式,探索以学生为中心、问题为导向、教师互动启发式施教的教学方法。从“问题情境”“启发讲授”“互动讨论”和“自学解惑”四个方面构建以问题启发和互动实践为特色的课堂教学,对现有的教学方法进行有效改进,激发学生学习主动性与探索性,培养学生理论联系实际、解决实际问题的能力,以期提高课堂教学效果,提升学生综合素质能力。

连续视场的多相机数字图像相关测量方法

为拓展三维数字图像相关方法的应用范围并提高测量精度,将数字图像相关方法和多相机同步采集系统相结合,形成连续视场的多相机三维数字图像相关测量方法,在满足大长细比、大曲率和复杂全表面连续变形测量需求的同时,提高应变测量精度。多个相机同步拍摄物体表面的不同区域,相邻局部区域之间满足视场重叠范围要求,通过多相机标定将数据点映射至同一全局坐标系下,实现连续视场的多相机数字图像相关测量。利用双相机系统和多相机系统同时观测板的平移实验和梁的三点弯曲实验,结果表明,连续视场的多相机数字图像相关测量方法充分利用相机空间分辨率,一定程度上提高了三维变形测量精度。

单驱动仿生机器鱼动力特性的实验研究

根据变截面悬臂梁受迫振动响应来模拟鱼体变形,并设计了单驱动仿生机器鱼,进行了机器鱼直线巡游、转弯和加速-滑行实验。由高速摄像机记录机器鱼运动过程,对序列图像进行处理,获得机器鱼动力特性。结果表明:单驱动机器鱼最大稳态速度约为1BL/s,最小转弯半径约为270mm,尾流动力特性良好;论证了摆动频率与摆幅对速度的影响以及摆幅与速度对转弯半径的影响;在加速滑行时间比率2∶1的情况下,速度值较大,进而提出了提高游动效率的方法。研究结果证明单驱动方式较传统驱动方式更合理。

二维多相机全场数字图像相关变形测量方法

从理论上推导了数字图像相关(DIC)方法中应变精度的影响因素,指出应变计算精度会随着窗口尺寸的变小而下降。为了提高图像有效分辨率,针对细长平面试件提出了一种二维多相机全场DIC方法。该方法根据特征点检测及匹配算法定位特征点对的亚像素位置,通过DIC方法对特征点对进行高精度配准,利用发展的逐步优化单应矩阵方法求解图像变换关系,得到变形前后的无缝拼接图像。分别实施了纯平移和橡胶梁三点弯两组实验。在纯平移实验中,该方法计算得到的应变均值误差及均方根误差均在50με以内,验证了该方法的有效性;采用橡胶梁三点弯实验对比该方法与三维多相机全场DIC方法,并基于实验结果对该方法的优点与缺点进行了分析。

应用多相机三维数字图像相关实现口腔印模三维重构

基于三维数字图像相关(3D-DIC)方法,采用拼接技术对口腔印模的三维形貌进行了测量。针对具有复杂表面形貌的口腔印模,采用由四个水平布置的相机组成的两个3D-DIC测量子系统,对每个子系统测量得到的局部形貌进行拼接,进而得到口腔印模的整体形貌。与传统的双相机3D-DIC测量方法测量结果进行了比较。实验结果表明,采用本文方法能够较好地重构出复杂的口腔印模的三维形貌,为口腔印模的三维重建提供了一种新的途径,同时也为复杂表面物体的三维形貌测量提供了参考。

BFRP混凝土圆柱破坏全周监测与可靠性研究

该文运用360°全周变形测量系统,跟踪玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)包裹混凝土圆柱的破坏与变形。环向布置的8个相机组成4套三维数字图像相关(3D-DIC)子系统,离散化测量位于系统中央具有大曲率、大变形的BFRP混凝土圆柱。采取不同的硬件控制方式,实现八相机同步测量。通过确定系统测试范围、比较3D-DIC的应变计算结果与应变片数值,对该系统全周监测的可靠性进行研究。在BFRP包裹的混凝土圆柱抗压性能实验中,对圆柱任意位置的变形和破坏进行监测。结果表明:360°全周变形测量系统能够有效地监测BFRP包裹的混凝土圆柱任意位置的破坏,实现大变形测量。

薄壁球壳受刚性球面压缩的可视化连续变形测量研究

利用三维数字图像相关(DIC)技术对薄壁球壳受刚性球面压缩的连续变形及失稳过程进行实验研究。实验中,由于乒乓球具有理想的弹塑性材料特性以及薄且均匀的壁厚,所以采用乒乓球作为压缩对象,以透明石英玻璃球作为刚性球面,通过配制与玻璃球折射率一致的折射液来消除因玻璃球折射导致的图像畸变影响,从而解决被测表面因遮挡而不可见的问题。利用三维DIC技术对与刚性球面接触的乒乓球表面在压缩过程中的连续变形进行直接测量。实验验证了所提方法的有效性。实验结果表明,通过三维DIC测量得到的乒乓球表面受刚性球面压缩产生的塑性环半径与理论结果非常吻合。

数字图像相关方法若干关键问题研究进展

本文报道了作者及其所在课题组近期在数字图像相关(DIC)测量方法上取得的重要研究进展。主要包括:(1)通过对DIC方法中反向组合高斯-牛顿算法的理论误差分析,提出了新的理论误差公式,进一步证明了反向组合高斯-牛顿算法在提高计算速度和测量精度方面的综合优势;(2)采用提出的理论误差公式,发展了数字散斑场的优化及制作方法,保证了测量结果的一致性和正确性;(3)基于相机阵列和图像拼接技术,发展了超分辨率数字图像相关方法,大大提高了DIC测量方法的应变测量分辨率;(4)提出了大视场条件下的三维系统标定方法,实现了三维测量系统的外参实时标定和多相机测量系统中相机位姿的自动矫正;(5)研制了便携式原位三维测量仪和多尺度DIC测量系统,实现了三维实时数字图像相关测量,进一步满足了DIC方法在工业在线检测和医学领域中的应用需求。

实时数字图像相关用于土木准静态实验测量

基于种子点扩散的并行计算方法及反向组合高斯-牛顿算法,实现了数字图像相关的现场实时测量。根据被测区域的连通性与不连通性,分别描述了单种子点与多种子点的并行计算方法。结果表明,多种子点并行计算方法可以有效地解决不连通区域的实时测量。成功将该方法用于土木准静态实验测量,实时获取全场位移及应变。碳纤维增强复合材料(CFRP)片材-钢板界面粘结滑移关系实验表明:该方法可以实时获取全场变形,根据变形场可直接判断剥离点的位置;该方法实时记录了界面剥离的扩展过程,直接得到了CFRP片材与钢板界面粘结滑移关系,为研究纤维增强复合材料(FRP)加固界面性能提供了有效的测量手段。实时测量将有助于数字图像相关方法在土木行业更进一步的推广。