小视场下基于可移动3D-DIC的全场应变测量方法

由于试件工作环境空间有限,全场应变分析面临着相机光轴和试件表面不垂直和不同区域图像拼接获得的全景图像中存在拼接缝的问题。基于此,提出了基于可移动三维数字图像相关法(3D-digital image correlation,3D-DIC)全场应变测量方法,用于高分辨率形变和应变测量。该方法将双目相机安装在稳定的滑动台结构上,通过控制相机采集叶片不同位置图像,重建试件表面完整图像。提出基于散斑点匹配融合算法,将不同区域图像拼接为叶片全景图像。静态误差分析试验和均匀应变场分析试验被设计验证该方法的有效性。试验结果表明,该方法的横向和轴向应变误差分别为0.98%和1.03%,表明应变分析中具有较高的精度。该方法有效地实现了小视场环境下样本的全场应变测量。

插拔冲击载荷下的印刷电路板全场应变预示方法

针对某产品印刷电路板受插拔冲击载荷导致的焊脚损伤失效案例,研究根据插拔端施力预示电路板全场受力位置及响应的有效方法。首先将预制的整体应变计粘贴于电路板狭窄空间,获取印刷线路板上各关键测点位置的应变数据;然后基于克里金代理模型拟合出各测点在非工作状态插拔工况下整张电路板的全场应变分布情况;进而建立施力端应变数据与受力端应变数据的关系模型。实测与预示结果的误差在10%以内,验证了该方法的有效性。该方法可为该类印刷电路板全场应力分析、失效分析及测点剪裁提供参考。

条形药包爆炸全场应变以及裂纹动态断裂特性研究

为了探究不同起爆位置下条形药包全场应变以及裂纹动态断裂特性,采用爆炸荷载动态焦散线实验系统和数字图像相关方法(DIC),开展了爆破模型实验研究.研究结果表明:条形药包一端起爆时,起爆点处翼裂纹扩展长度最小,随着炸药爆轰的传播,翼裂纹扩展长度增长;中心起爆时,中心位置翼裂纹扩展长度小于两端位置翼裂纹扩展长度,一端起爆时非起爆端翼裂纹扩展长度最长.无论中心起爆或一端起爆,条形药包中心区域翼裂纹扩展主要为Ⅰ型裂纹,并且中心翼裂纹起裂韧度最大,端部翼裂纹为以Ⅱ型为主的Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹.一端起爆时,拉压应变作用范围沿炸药传爆方向传递,且非起爆端拉压应变作用区域大于起爆端,压应变最大值为距起爆点约0.67~0.83倍的装药长度.中心起爆时,拉压应变的作用过程沿起爆中心向两端呈对称形式传播,中心点位置应变最大.两种起爆方式下都出现端部压应力集中现象.

高速三维数字图像法测量手机跌落全场应变

为了测量手机跌落时的变形与应变,基于数字图像相关法及双目立体视觉原理,提出一种用于手机跌落试验中变形与应变测量的方法,并研制了相应的高速三维全场应变光学测量系统。针对手机跌落碰撞过程中,角度变化导致散斑匹配失败率高,变形应变场缺损严重的问题,利用高速相机高速采集图像,并改进图像匹配方法,采用顺序逐帧基准匹配,保证了测量精度,提高了应变场完整度。研制了光学测量系统,设计了试验方案,进行了数字图像测量方法与动态应变仪测量结果的对比,对改进的散斑匹配方案进行了验证。试验结果表明,本文的方法使变形应变场的完整度提高了21%,其位移动态测量精度为0.42%,应变测量精度为0.5%。本文的方法和系统可以满足手机跌落碰撞全场变形与应变测量的要求,与传统测量方式相比有明显优势,是研究手机跌落碰撞变形规律的有效途径。

单轴压缩作用下混凝土全场应变分析方法研究

为了分析对混凝土单轴受压过程中全场应变特征,对混凝土进行单轴压缩试验,使用数字散斑技术对受压过程进行全场应变信息采集,分析过程中应变变化规律。使用离散元PFC^(2D)建立模型,对全场应变云图及裂纹特征进行模拟分析,并对模拟压缩过程中的裂纹数目进行监测。结果表明,所建立的模型能够较好反映混凝土单轴受压过程中全场应变变化情况。

基于全场应变的工业纯钛激光焊接头组织与拉伸性能

研究了激光焊热输入对3 mm TA2纯钛薄板焊接性能的影响,采用数字图像相关(Digital Image Correlation, DIC)图像处理技术对焊缝拉伸进行实时全场应变监测,分析焊缝应力应变,结合显微金相、背散射电子衍射(EBSD)、硬度,得到焊缝性能增强原因。结果表明:激光焊接TA2薄板能获得良好的成形性能及拉伸性能,焊缝抗拉强度始终优于母材的;在拉伸塑性阶段焊缝的应变明显低于母材的,出现了强度提高塑性降低的现象;焊缝显微组织为针状α晶、锯齿状α晶和粗大等轴α晶,热影响区显微组织为粗大等轴α晶及针状α晶,针状α晶由热影响区外侧到内侧生成量逐渐增多,直至遍布焊缝区域;焊接接头硬度由焊缝向母材呈递减趋势。

基于全场应变方法的铝合金焊接接头软化行为研究

热处理强化铝合金在焊接过程中易发生接头软化现象,给结构设计带来一系列问题。文中基于全场应变测量系统,采用数字图像相关(DIC)技术,从宏观和微观2个角度对6N01铝合金焊接接头拉伸应变分布进行全场测定,得出其在拉伸过程中的真实应力应变曲线,分析其软化机理。结果表明,软化现象主要集中在热影响区,其软化行为与第二相粒子析出以及尺寸大小相关。

超低温DIC全场微应变测量精度提高方法

数字图像相关技术在非均质焊接接头的力学性能研究方面具有独特的优势,但低温介质气化引起的气流扰动、起雾、结霜以及低温引起光学玻璃的厚度和折射率发生改变均会对图像产生较大影响,是DIC测试系统的误差的主要来源。本文分析了超低温环境下DIC全场微应变测量误差的影响因素,掌握超低温环境下的光测力学误差产生的机理,提出了DIC全场微应变测量精度提高方法,将超低温环境DIC全场微应变测量精度提高45倍,对准确获取贮箱焊缝结构在低温环境下全场力学性能,提高焊接结构性能,保证焊接结构安全性和可靠性具有重要的意义。

数字图像相关在旋转物体全场应变测量中的应用

数字图像相关方法(DIC)是一种非接触式全场光学测量方法,在许多领域已被用于物体表面位移和应变的测量.传统的DIC全场应变测量通常使用高精度逐点局部位移场最小二乘法,但该方法对于旋转物体的应变测量仍存在显著误差.为此,在传统DIC应变计算方法的基础上,引入变形前后的旋转矩阵,提出一种考虑旋转的局部位移场最小二乘应变计算方法.该方法能够补偿由旋转引起的应变误差,从而实现任意旋转角度下应变的高精度测量.在模拟实验中,分别对多种旋转角度下的同一应变以及同一旋转角度下的不同应变进行测量,由两种实验应变测量获得的均方根误差(RMSE)平均值相对传统DIC方法分别为由0.00498降低到0.00011以及由0.00703降低到0.00027,两种实验结果均证明所提方法能较大程度地提高旋转条件下的应变测量精度.

三维全场应力应变测试系统在开采沉陷模拟实验中的应用

相似材料模拟实验是矿山岩层移动规律研究的重要实验手段。针对研究过程中采用单点位移测量不能完全反应采空区上方应力应变的缺点,采用三维全场应变测试系统进行实验观测。以山区和平地地形的地质采矿条件为原型,设计相似材料模拟实验。通过实验,获得了采空区上方的应力应变云图以及位移云图。研究表明,三维全场应变测试系统在开采沉陷模拟实验中效果明显,对类似科学研究有重要借鉴意义。

天然纤维织物双轴向拉伸应变场的测量

采用数字散斑相关方法对纺织结构复合材料的增强体——天然纤维织物,在双轴向拉伸过程中位移场和应变场进行研究,对设计成不同形状的十字试件进行比较,发现双圆角过渡连接形式可以较好地分散夹持区域的应力集中,从而保证破坏发生在测量区域内。

变截面舵面结构全场瞬态变形测量及振动特性分析

搭建了一套全场非接触应变测量系统,对变截面舵面结构受随机载荷激励作用下的变形及振动特性进行实验研究;实验以2A12铝合金材料制成的变截面舵面结构为试验对象,采用高分辨率的相机记录舵面结构全场清晰的散斑图像,然后利用三维数字图像相关方法对其结构表面的连续变形进行直接测量,同时利用傅里叶变换对采集到的散斑图像进行振动特性分析,获得变截面舵面结构的模态频率和模态振型;为验证非接触测量得到的振动特性结果的准确性,用小质量加速度传感器得到的振动响应信号进行对比;试验结果表明,在0~500 Hz的测试频段内,三维数字图像相关方法辨识变截面舵面结构前三阶模态参数与加速度传感器测量结果非常吻合,前三阶固有频率误差在2%以内,阻尼比误差在6%以内,前二阶模态振型均为弯曲模式,第三阶模态振型为弯曲扭转耦合模式,验证了三维数字图像相关的全场振动测量技术的有效性,为高温环境及非线性变截面舵面结构非接触振动测试提供依据。

大型水轮发电机组定子线棒热应力分布测试研究

大型水轮发电机组运行时定子线棒存在损耗发热,由于构成定子线棒的导线和防晕材料与主绝缘材料在热力学性能上存在差异,导致两者间的粘接面存在热应力,长期的热应力疲劳会导致粘接面发空分层进而发生局部放电,影响机组可靠运行。本文采用全场应变测量分析法、盲孔法和纳米压痕应变法对定子线棒热应力分布进行测量分析,为大型发电机组定子线棒绝缘结构优化设计提供依据。

V形开槽修补道路反射裂缝的抗开裂性能

为研究沥青路面反射裂缝的修补方法,根据反射裂缝的宽度设计了3种结构的修补材料,首先利用车辙试验、弯曲小梁试验、浸水马歇尔、冻融劈裂试验分别评价了修补材料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性;其次通过拉拔强度试验与剪切强度试验确定了黏结剂的最佳洒布量;最后通过全场应变分析、断裂能等理论探讨了修补结构的抗裂性。研究结果表明:试验设计的3种修补材料基本性能均满足规范要求、V形修补结构的黏结剂最佳洒布量为0.6 kg/m^(2)、通过全场应变分析与抗裂性分析得知修补材料的弯拉强度为传统沥青灌封修补的3.36倍、修补材料的断裂能达到未开裂路面的60.1%。试验验证了开V形槽修补道路反射裂缝的可行性,为道路修补反射裂缝提供了新方法。

汽车后地板拉延件成形裕度提升及参数优化研究

目的提升拉延工艺处理后汽车后地板零件的成形裕度,优化成形参数。方法首先,设置初始拉延工艺参数:压边力为807kN、摩擦因数为0.135、压边圈行程为205mm、成形力为3572kN,基于Autoform软件对后地板的拉延工艺进行数值模拟。其次,利用全场网格应变测量技术对试冲件进行全场测量,获得全场成形裕度云图、成形极限图、减薄云图。最后,调节压边力与拉延筋深度及圆角半径,优化拉延工艺的成形参数。结果通过模拟获得了零件的潜在风险区域位置,零件的最大减薄率为24.10%、全场成形裕度均小于10%;测量结果表明,最大成形裕度为-9.29%。对风险区域进行模具圆角抛光后,最大成形裕度达到-10.65%。通过综合分析测量结果与模拟结果可知,采用压边力为782kN、B处拉延筋圆角半径为4.5mm、拉延筋深度为4.5 mm等成形参数,试冲得到的零件无开裂和起皱缺陷,成形裕度最大值为-14.33%,满足大规模生产需要。结论利用数值模拟结合全场网格应变测量技术指导修模作业并优化工艺参数,可以有效提升模具的调试效率。

基于三维数字图像相关技术的脆性岩石破坏试验研究

利用三维数字图像相关技术(3D-DIC)观测系统研究单轴压缩状态下带中心圆孔花岗岩岩板的破坏全过程,得到了含孔洞岩石破坏过程中观测面的三维全场位移和应变,不仅能够直观地反映岩石表面裂隙的产生、扩展及相互连通的演化过程,亦能够确定裂纹的位置、形态以及扩展方向等具体信息,还能重现加载过程中试样表面的压缩(平行荷载方向)、剥离(垂直荷载方向)、膨胀及剥落(垂直试样表面方向)。结果表明:3D-DIC技术在岩土力学试验中有其独特的优势,岩石材料破坏过程中应变场的演化能较好地反映其内部裂纹的产生和扩展规律。根据全场应变云图可以判断岩石裂纹扩展演化的情况;裂纹的演化具有强烈的非线性特征,在试样接近破坏时形成的"X"型对称变形局部化带,最终只形成一条宏观破坏带,荷载方向、岩石结构及其内部的非均匀性都会对最终宏观破裂带的位置产生影响;利用3D-DIC观测系统进行岩石变形破坏机制的研究是有效的,可为岩土介质宏细观变形破坏机制的研究提供重要的借鉴。

爆炸应力波在含层理介质中传播规律的实验研究

采用超高速数字图像相关实验系统,进行了爆炸应力波在含层理结构的PMMA试件中的传播试验,分析了全场应变的演化过程和相关测点的应变时程变化。实验结果表明:爆炸应力波在含有层理的介质中传播时,层理远区的应力波衰减幅度比层理近区的应力波衰减幅度大。通过应变云图的演化过程发现,应力波遇到层理后会发生反射,入射拉伸波与反射拉伸波叠加形成了较强的拉伸集中区,并沿着层理向两端扩展逐步减弱。此外,通过数据拟合得到了层理内、外侧的应变峰值衰减规律,应变峰值的衰减随距离基本是线性的,且层理内侧的应变衰减速度大于层理外侧的。

基于分子发光原理的光弹性涂层测量方法

在简单介绍分子荧光产生过程的基础上,系统介绍了新的光弹性涂层方法——发光光弹性涂层法的基本原理、涂层结构、系统组成及实验方法.由于新方法采用了气雾剂技术,并通过在光弹性涂层中添加荧光染料,使新方法与传统的光弹性涂层方法相比,具有如下优点:(1)更简单、快捷,特别是对于有复杂几何形状的构件;(2)只会引起较小的基底加强效应;(3)能提供更高的空间分辨率;(4)省去了条纹计数和位相去包裹的过程,简化了后续的数据处理过程;(5)发光涂层的发射光是漫射光,使得对曲面进行测量时有较高的相对强度.最后指出了新方法今后的研究方向及其在诸如产品设计流程中与有限元分析相结合等方面的广阔应用前景.

基于DIC法的混凝土三点弯曲梁断裂性能试验研究

为研究不同初始缝高比对混凝土断裂性能的影响,设计了3组初始缝高比分别为0.2,0.3和0.4的共15根三点弯曲梁试件。利用数字图像相关法(DigitalImageCorrelation,DIC)测得试件表面全场应变及位移数据,与采用传统夹式引伸计测得裂缝口张开位移(CMOD)、裂尖张口位移(CTOD)以及临界有效裂缝扩展长度计算值进行了对比分析。结果表明:DIC采集的CMOD及CTOD值与引伸计实测值吻合良好;基于DIC方法测得的临界有效裂缝扩展长度与公式计算结果基本吻合,误差在8%以内;从通过DIC方法得到的水平方向应变图,可观测出断裂全过程的裂纹的扩展路径。综上,DIC方法能较为准确地应用到混凝土断裂试验中。

基于VIC⁃3D技术的自复位梁柱节点抗震性能试验

为降低强震对传统钢筋混凝土框架结构梁柱节点的破坏水平,提升梁柱节点在震后的可修复性,设计了一种内置超弹性形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)筋的新型自复位梁柱节点。基于对不同配筋构造形式和SMA筋不同配筋率等因素的考虑,设计制作了4个1/5缩尺比例梁柱节点并进行了拟静力试验。通过非接触全场应变测量系统(video image correlate⁃3d,简称VIC⁃3D)对低周往复加载作用下各节点塑性铰区的整体位移和应变进行了实时测摄,获得了相应的竖向位移和主应变全过程云图。对起裂阶段、裂缝发展阶段和自复位阶段3个阶段进行研究,对比分析了各节点的破坏过程以及耗能能力、位移延性、刚度退化和自复位等性能。试验结果表明:内置超弹性SMA筋可有效提升节点的滞回耗能和自复位性能,延缓塑性核心区混凝土的开裂,改善开裂后的损坏程度,提升节点的经济可修复性;一定范围内,增大SMA筋配筋率可有效延缓节点的刚度退化速度,但对节点的极限承载力和自复位性能的提升影响不大。