基于数字图像相关法的轮轨力测量研究

针对应变计式轮轨力测量方法的不足,研究一种基于数字图像相关法的非接触式轮轨力测量方法。通过受力分析以及有限元计算,确定钢轨表面非接触测点区域位置。根据轨旁检测的特点设计测量系统的整体方案并分析了其测量原理,对相机进行了分析选型,以实现轮轨力作用下钢轨表面测点区域变形散斑图像的高质量采集。基于数字图像相关法对所采集的变形散斑图像进行分析,采用1阶形函数描述钢轨的变形,并使用零均值归一化差值平方和函数作为相似度的度量指标;为了提高系统的测量分辨精度,在整像素匹配算法的基础上,通过对位移初值进行迭代计算进一步得到亚像素级位移,并使用最小二乘法拟合位移场结果得到相应的应变场。在实验室设计并搭建了具有移动加载功能的轮轨力测量试验系统;通过静态标定试验准确建立了反映钢轨应变和轮轨垂向力大小数学关系的线性标定曲线,并分析讨论了相机工作距离和光照强度等因素对轮轨力测量的影响;在移动载荷作用下进行了轮轨力动态测量试验,与接触式应变计法测量结果进行比较,非接触式数字图像相关法在跨中位置的最大轮轨力测量误差不超过0.3%。动静态测量试验结果表明,数字图像相关法能够实现轮轨力的精确测量,是一种有效的非接触式轮轨力测量方法。

基于微尺度数字图像相关法的预腐蚀对增材制造AlSi10Mg损伤失效影响

通过光学显微镜下的原位拉伸实验和微尺度数字图像相关方法(μ-DIC)观测预腐蚀增材制造AlSi10Mg的损伤演化和失效过程,并结合微观变形场演化、材料微观结构、三维腐蚀形貌和断口微观形貌等丰富的实验信息分析材料的微裂纹萌生和扩展行为。结果表明:腐蚀坑周围和亚表面缺陷(由增材制造工艺引起)的应力集中导致微裂纹萌生;存在多个微裂纹同时萌生现象,源于关键损伤区域的裂纹扩展和合并主导了试件的最终破坏;材料微观结构和腐蚀形态对微裂纹扩展也存在重要影响。

基于数字图像相关法的应变场测量系统校准技术研究综述

介绍了基于数字图像相关法(Digital Image Correlation,DIC)的应变场测量系统的原理、应用场合及发展现状,阐述了对该系统进行校准的必要性。介绍了四点弯曲校准法、单轴拉伸校准法、垂直加载校准法、散斑变换校准法等具有代表性的DIC应变场测量系统校准方法的原理,从校准维度、校准范围、装置成本、装置复杂性、计量溯源性、测量不确定度等方面对比分析了各校准方法的优势与不足,指出可通过改进传感器性能、优化测量光路、提升散斑质量等手段提升校准准确性。展望了基于DIC的应变场测量系统校准技术的发展方向,指出未来应针对大变形场的可靠产生与复现、散斑图样的三维立体化、多种校准数据的有机融合等开展研究,以进一步拓展应变场校准范围并降低测量不确定度。

高速数字图像相关法在化学螺栓混凝土拉拔试验中的应用

提出了一种基于高速数字图像相关方法对混凝土中化学螺栓进行拉拔的试验方案,可用于捕捉和分析化学螺栓与混凝土间的变形发展和破坏形态。为实现直接观测化学螺栓与混凝土界面位移和应变场,采用半模试件进行试验研究。为证明其可行性,将半模试件与全模试件的粘结-滑移响应进行对比。结果证明,半模试件与全模试件具有一致的粘结-滑移响应,可以用来研究化学螺栓与混凝土界面的粘结机理。最后,利用高速摄像机捕捉混凝土破坏时刻的图像,通过数字图像相关法技术对采集的图像进行分析,直接测量了化学螺栓从混凝土中破坏时界面的位移和应变。

基于数字图像相关法的钢纤维混凝土断裂性能研究

为了分析钢纤维混凝土的断裂机理并评估其抗裂性能,开展三点弯曲断裂试验,对比分析不同纤维长度与不同纤维掺量的钢纤维混凝土的断裂性能。采用数字图形相关法观测试验过程中试件加载点位移、裂缝口张开位移以及韧带区域不同位置的裂缝张开位移,并计算钢纤维混凝土的断裂能、起裂断裂韧度与失稳断裂韧度。结果表明:随着钢纤维长度增加,断裂能呈现出近似线性增长的趋势;随钢纤维体积掺量增加,断裂能呈现先增长后降低的趋势,并且在纤维体积掺量为1.0%时,断裂能达到最大值。掺入钢纤维后,混凝土起裂断裂韧度小幅度提高,混凝土失稳断裂韧度显著提高,并且失稳断裂韧度随着纤维长度与纤维体积掺量的增加逐渐提高。

数字图像相关法在汽车门饰板低温气囊点爆试验中的应用

采用数字图像相关法对汽车门饰板在低温气囊点爆试验时的变形情况进行测试,绘制了材料在不同应变速率下的应变曲线,建立了气囊点爆时零件的位移及应变的实际图像与仿真分析结果的关联,并输出与仿真网格结点相对应的数据。结果表明:非接触式数字图像相关法既可以获得汽车门饰板材料不同应变速率下的应变曲线,又可以获得气囊点爆时高速碰撞产生的三维变形云图及数据。按照仿真网格要求划分云图,并且对齐点爆时间和坐标,输出的云图数据能够与仿真分析结果的数值进行逐点比对,可以清晰地了解仿真分析结果与实际试验结果的误差,为进一步优化仿真模型提供数据支持。

基于数字图像相关法的铝镁质耐火材料抗侵蚀性能研究

钢渣侵蚀是耐火材料在服役过程中的主要损毁形式之一,实际侵蚀过程难以直接观察。传统上采用蚀后分析方法来评价耐火材料的抗侵蚀能力和了解侵蚀机理,但易缺少过程信息,导致结果存在偏差。因此,本文在高温可视化系统基础上,结合数字图像相关法,选取三种典型钢渣,开展铝镁质耐火材料的渣蚀行为研究,并探讨了不同钢渣及热处理温度对材料抗侵蚀能力的影响。结果表明:碱度越低的熔渣对铝镁质耐火材料的侵蚀越严重;对铝镁质耐火材料进行1 000℃以上的热处理,可有效提高材料的抗侵蚀能力;通过数字图像相关法可以获得随时间变化的平均应变曲线和侵蚀应变云图,其中平均应变曲线可以对比铝镁质耐火材料对不同钢渣的抗侵蚀能力,侵蚀应变云图可以反映侵蚀的演变过程,两者为耐火材料渣蚀过程的表征提供了量化指标。

基于激光散斑数字图像相关法的热应变测量

为了解决常规数字图像相关法应用于高温工况下热应变测量时,人工制作的散斑受高热载荷冲击容易出现变色、熔化、脱落的问题,采用激光散斑作为数字图像相关法特征纹理的方法,计算温度变化前后散斑图像相关性来测量金属热应变,进行了非真空环境下加热试件的实验,以及在管式加热炉中分别对铝试件和钨试件进行人工散斑和激光散斑的真空加热实验对比,取得了相应的散斑图像,并计算出平均应变曲线数据。结果表明,在非真空环境下,由于热流扰动导致激光散斑图像抖动较大,测量出的热应变曲线存在较大的干扰噪声;铝从室温升至450℃和钨从室温升至800℃的热应变与人工散斑结果相对一致;激光散斑数字图像相关法在类似聚变堆偏滤器高真空、高热流条件下,可以有效地测出金属壁面的动态热应变。该研究为聚变堆偏滤器第一壁材料的损伤诊断提供了新思路。

基于三维数字图像相关法的焊接空心球节点的力学性能试验研究

为了克服传统接触式测量难以获取完整位移及应变场的分布与发展的弊端,探索了采用三维数字图像相关法(3D-DIC)跟踪焊接空心球节点位移和应变的分布与发展的可行性与可靠性。使用三维数字图像相关法观测一个焊接空心球受压损伤节点和一个焊接空心球受拉损伤节点的轴心抗压试验的压缩过程,获得两个试件在试验过程中的位移场与应变场,揭示了焊接空心球节点的受力特点和失效机理,并将观测的位移场和应变场与宏观试验现象进行了比较。试验表明:三维数字图像相关法可以测量加载过程中焊接空心球节点的位移场和应变场的变化规律,并且与宏观试验现象吻合较好。由此证明了三维数字图像相关法可应用于大型焊接球节点的力学性能试验研究的可靠性。

基于数字图像相关法的Q355钢断裂韧性研究

以Q355钢紧凑拉伸(compact tensile,CT)试件为研究对象,采用数字图像相关法(digital-image correlation,DIC)获取加载过程中试件表面全场的位移和应变。基于断裂力学理论,计算Q355钢CT试件在不同回路积分路径下的J积分,并将数字图像相关法与有限元模拟和单试样法计算的断裂韧性结果对比分析。结果表明:DIC方法与有限元模拟得到的裂缝扩展区域的应变云图吻合较好;DIC方法与有限元模拟计算断裂韧性的结果平均误差在3%以内,与单试样法计算的断裂韧性结果最大误差为8.30%,平均误差为7.41%,说明DIC技术在计算CT试件断裂韧性中是可行和准确的。

一种基于二维数字图像相关法的橡胶应变矫正方法和测量装置

申请的专利(公布号CN115046857A、公布日期2022年9月13日)介绍了一种基于二维数字图像相关法的橡胶应变矫正方法和测量装置.该方法在橡胶试样标距区的正表面划分出测量区,测量区两侧为矫正区;在矫正区通过润滑脂粘附薄片;薄片的硬度高于橡胶试样,润滑酯的作用是在拉伸过程中使薄片可与橡胶试样表面产生相对滑动;在标距区的侧表面对应薄片的位置粘贴挡片.

数字图像相关法测量金属薄板焊接的全场变形

提出了一种基于数字图像相关法和双目视觉技术的全场三维变形测量方法来测量金属薄板焊接过程中的高温变形。首先,提出一种基于种子点的高精度图像匹配算法求解相关匹配非线性优化初值。然后,介绍了三维坐标重建以及三维位移、三维应变的求解算法。最后,借助于VC++6.0开发环境,研制了用于薄板焊接全场变形测量的实验系统。为验证本文方法在材料力学性能实验方面的可行性,利用标准材料试验机和自主研制的图像采集装置设计了钢试件的标准拉伸实验,并采用Q235板材件进行了焊接变形测量实验。实验表明:本文方法的应变测量精度为0.5%,与引伸计的测量结果基本相当;与传统的测量方法相比,提出的方法可以更全面、更直观地测量金属薄板在整个焊接过程中的三维位移场和应变场,并且测得的3个方向的位移变化曲线过渡自然、数据合理,是研究焊接变形规律的有效手段。

数字图像相关法测量板料成形应变

针对板料成形极限试验中传统应变测量方法的不足,提出并实现一种基于数字图像相关法的板料成形极限应变测量方法。对其中涉及的关键技术进行深入研究。针对板料成形中大变形测量的难题,根据系列变形图像相邻状态变形的连续性,提出一种大变形分步匹配算法,并介绍三维坐标重建和三维应变求解的方法。根据测得的试件表面应变分布,提出一种通过构建应变场截面线来拟合成形极限曲线的方法。基于Visual Studio 2010开发环境,开发用于板料成形极限应变测量的计算软件。为了验证方法的可行性,结合自研的图像采集装置和改进的板料成形试验机搭建成形极限测量试验平台。对SPCC钢板试件的测量结果显示所提出的方法能够快速、有效、直观地测量试件在整个成形过程中的表面应变分布,为建立成形极限图提供一种有效手段,且与传统的坐标网格等方法相比优势明显。

用数字图像相关法研究改性高分子材料的断裂行为

对数字图像相关测量方法进行了系统的研究，对相关迭代算法中的初值估计问题进行了分析研究，提出利用“实时相减”和“精密调节”相结合的办法来获得零初值，从而有效地解决了 Ｎｅｗｔｏｎ － Ｒａｐｈｓｏｎ 迭代算法中的初值估计问题，提高了迭代的收敛速度和精度；

二维数字图像相关法在准静态拉伸实验中的应用

对二维数字图像相关法在准静态拉伸实验中的应用进行了研究。二维数字图像相关法采用Newton-Raphson方法和逆匹配结合的算法,首先对Newton-Raphson迭代式中的相关函数的一阶偏导和二阶偏导进行了简化,对于Newton-Raphson法的初值估计采用仿射变换方法和RG-DIC结合的方法;然后在计算域全场采用双三次插值,保证计算精度的同时降低了计算量。散斑仿真实验和准静态拉伸实验显示,二维数字图像相关法获得的分析值与应变片测量值相对误差约小于10%,表明二维DIC算法具有较高的准确性,能够用于实际工程测量。

数字图像相关法在相似材料模拟试验中的应用

利用相似材料模拟试验研究印度某矿长壁开采采场厚硬顶板的破断规律,针对试验中传统的位移测量法的不足,引入了数字图像相关法。通过恰当布设模型、合理控制光照强度,实时用高分辨率数码相机拍摄模型在开采过程中的表面变形图像,借用数字照相图像分析与结果可视化应用软件系统GeoDPDM对序列照片进行相关性分析,得到了开采过程中上覆岩层变形的位移场和应变场。将分析结果与传统测量方法所得结果对比,得到两种方法具有较高的一致性,并将测试精度提高到0.6mm/pixel,成功实现了大范围模型变形的全场、非接触式测量。

数字标记点图像相关法在模型实验中的应用

为提高模型位移测量效率,提出数字标记点图像相关法.通过记录不同状态下设有标记点模型的变形图像,采用相关搜索的方法确定标记点在各状态下的位置,进而求得标记点位移.通过实验,将数字标记点图像相关法与经纬仪测量数据进行了比较,平均偏差在5%以内,说明数字标记点图像相关法满足模型实验测量的要求.数字标记点图像相关法中标记点制作简便,在模型变形过程中做平移运动,求解位移时,可以忽略一阶微分项,简化了求解过程.文中给出Matlab编程实现数字标记点图像相关法的相关命令,易于该方法的应用与推广.

基于数字图像相关法的薄板焊接变形研究

针对薄板焊接结构的大变形研究,目前采用数值模拟方法计算量大且误差较大,传统的应变片等测量手段无法实现焊缝处的在线密集测量。该文提出基于数字图像相关法的非接触检测方法对大型Q235薄板进行平板堆焊变形测量,重点研究热输入对薄板面内面外变形规律的影响。实验结果表明:基于数字图像相关技术的焊接变形测量方法能够在线、动态、全场获取薄板变形数据;随着热输入的增大,薄板的Z向面外变形及横向/纵向的面内变形也越大;冷却结束后,在焊缝处及热影响区内,薄板的纵向应变较小,而横向应变较大。热输入影响下的薄板焊接变形规律为揭示薄板焊接变形机理提供可靠的依据,为焊接结构件提供准确的制造数据。

用基于种子点的三维图像相关法测量连续大变形(英文)

针对使用图像相关法测量物体发生的较大刚体旋转或变形容易失效的问题,提出了一种连续大变形的图像匹配方法。该方法首先利用相邻状态变形的连续性对种子点进行匹配,然后利用同一状态相邻点的变形连续性,通过种子点为其他点提供初值,并最终完成对所有点的匹配,从而在无需人工交互的情况下实现对大变形过程的高效测量。刚体旋转实验以及单向拉伸实验表明,对于40°的刚体旋转位移场以及高达113%的变形,测量结果良好,证明了本文方法的有效性。

基于数字图像相关法的T型板MIG焊变形研究

使用基于数字图像相关法的三维全场散斑测量方法对Q235 T型板的立板和底板在MIG焊接过程中及焊后的变形状态进行了实时跟踪,从而获得立板和底板的变形规律。结果表明:两板在焊接开始和结束时表面位移基本为0;在焊后冷却时底板的z方向位移最大,立板的y方向位移也最大。底板在z方向发生角变形,且冷却阶段底板的变形角度比焊接结束时大;在焊接结束和冷却时间较短时,底板形状为中部轻微向下凹,而随着冷却时间增加,底板形状变为中部向上凸,且最大值与最小值之差接近4 mm。立板在y方向也发生角变形,但焊接结束时和冷却阶段的角变形方向相反。在焊接结束和冷却时间较短时,立板形状呈波浪形,随着冷却时间增加,立板形状变为中部向上凸。