基于DIC的预应变下铜/铝复层板各向异性性能检测与研究

基于数字图像相关法(DIC)与双目视觉技术,提出并实现了一种用于爆炸焊接制备的铜/铝复层板全场三维应变测量的方法。为了验证该方法的可行性,进行了Q235钢拉伸实验,将DIC法与引伸计变形测量结果进行了对比。应用DIC法对预应变下的复层板各向异性进行了性能检测与研究。结果表明:数字图像相关法的应变测量精度高于0.5%,与引伸计所测结果基本相当;随着预应变量的增加,复层板料力学参数的各向异性先增强后减弱;塑性应变比、应变硬化率的变化与预应变量和加载方向密切相关;板料轴向应变与宽向应变间的线性关系也受预应变与加载方向的影响。     

基于数字图像相关技术的鼓风机叶片动态应变试验

针对鼓风机叶片在共振中因大变形而引起的裂纹或断裂问题，基于双目立体视觉原理和数字图像相关法，并结合振动学理论，研究了小尺寸风机叶片在振动过程中的变形及动态应变。结果表明：叶片的最大应变位于叶根处，且整体应变随着正弦振动的激励呈现交变状态；与应变片法测得的应变和激光测振仪测得的位移相比，采用VIC-3D数字图像相关法测得叶片根部的应变和位移相对误差分别约为4.0%和3.5%,该测量方法易于操作，测量精度高。     

板料焊接变形测量的数字图像相关法应用研究

针对板料焊接时温度场的极不均匀性导致应变场的复杂性,提出一种基于数字图像相关法的全场、全过程分析板料焊接变形情况的方法。首先,对板料表面进行预处理;然后,利用高速相机拍摄板料焊接及冷却自由变形的全过程,通过数字图像相关技术计算所有图像中变形点的位移;最后,直观地获得板料焊接全场的变形规律。通过对Q235钢板进行氩弧堆焊实验表明,将一种新的3D-DIC技术应用于在线焊接变形中,能得到试件表面在整个焊接过程的全场变形数据,并且在高温焊缝区获得准确的变形规律。该方法攻克长期以来不能实时测量高温焊缝处应变的难题,为数值模拟理论提供验证手段,对揭示焊接变形机理、解决矫正变形问题等具有重要意义。     

双CCD数字图像相关测量系统精度影响因素的综合分析

提出的双CCD数字图像相关测量系统具有非接触、高精度、实时操作方便的特点,若将其用于应变测量,灵敏度优于1个微应变.它还可用于位移、新型材料线胀系数等的测量.用实验方法对影响双CCD数字图像相关测量系统精度的几种因素进行分析和研究,从理论上分析和评价记录视场角、投影视场角、离焦对测量结果精度的影响,以及这三种因素的综合影响.文中还给出了材料应变的实验测量结果,表明双CCD数字图像相关测量系统具有较高的测量精度,能应用于位移、应变的实际工程测量.     

基于单目立体视觉的机床几何误差辨识方法

针对视觉测量手段中成本与精度不能兼顾的问题,提出基于单目立体视觉的机床回转轴几何误差辨识方法。为实现回转轴全量程运动精确描述,基于误差放大思想,设计了基于周向均布精密哑光靶球的高匀、高精、高信噪比成像靶标。提出了单目立体成像光路参数仿真分析方法,定量分析并选取系统结构参数。基于单目立体标定结果,根据序列图像重建得到回转轴三维轨迹。精度验证及误差辨识实验表明:系统的RMSE为0. 049mm,小于平均偏差的1/3,满足测试需求。     

非接触数字图像相关应变测量的仿真与实验研究

数字图像相关法测量全场位移和应变是一种新的实验力学方法.该测量算法中相关函数和子区大小的选择是影响最终应变测量精度的重要因素.本文采用已知应变变形的仿真散斑图,研究了测量算法中主要相关函数和子区大小在正常光照与高斯不均匀光照条件下,对应变测量精度的影响.得出了不同测量要求下,可选择的相关函数和最佳计算窗口.通过实验验证与分析了此算法的测量精度.研究结果表明,数字图像处理技术测量应变的测试精度满足基本要求.     

显微栅线投影相关法及其在三维形貌测试中的应用

基于数字图像相关法解调被物体高度调制的投影栅线平移量的原理，提出了显微栅线投影相关法的概念。该方法是栅线投影法和数字图像相关方法相结合的产物，用于测量微结构的三维形貌和离面变形。系统阐述了该方法的测量原理和详细的标定过程，研究了该方法在微薄膜挠度测量中的应用。测量结果表明，显微栅线投影相关法简单易行，测试结果可靠，配合高速图像采集系统，可用于微结构的动态测试，从而为实现微结构动、静态测试展现了新的应用前景。     

动态断裂韧性实验中DIC技术应用研究

高速冲击动态断裂韧性的加载和测试技术一直是近年关注的热点,随着计算机和光学传感器的发展,采用数字图像相关方法测量材料的动态断裂韧性已成为重要选择。该文基于分离式Hopkinson压杆原理的加载技术,通过高速摄影机拍摄高速冲击下三点弯曲试样裂纹的起裂和扩展,运用数字图像相关技术分析裂尖场的散斑图像,计算得到相应的应变场变化,试样外表面处于平面应力状态,其裂尖应变场呈现"0"型,而非试样对称面所处于的平面应力状态下呈"8"型。结果表明,DIC技术可以应用于动态断裂韧性实验,也证明裂尖场粘贴的应变片测量试样起裂的有效性。     

数字图像相关测量钢绞线弹性模量的应用研究

该文利用非接触式数字图像相关方法测量了预应力钢绞线的弹性模量。测量过程中用CCD相机记录不同载荷下钢绞线表面的数字图像,再利用数字图像相关方法对所采集的序列数字图像进行分析从中精确提取不同载荷下钢绞线表面的纵向平均正应变。根据试验机的载荷信息、钢绞线的参考截面积和由数字图像相关方法测量的平均正应变绘制出钢绞线的应力-应...     

动态随机球的标定误差与测量次数的关系

本文介绍了随机球标定技术的原理。针对随机球标定方法的两种方法(静态法和动态法),本文分别分析了两种方法的标定误差与测量次数之间的关系。依据数理统计原理和合理的假设,理论分析表明静态法是一种特殊的动态法。两种方法的标定误差随测量次数增加呈N-1/2递减。针对动态法,本文进行了动态法随机球标定实验。实验结果表明,动态法的标定误差与测量次数之间近似符合N-1/2规律。     

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。     

主动激光散斑投射的面部测量方法研究

针对医学等相关领域对面部轮廓测量的需求,提出一种主动激光散斑投射的面部点云获取方法。该方法结合数字图像相关法和双目立体视觉原理,能够快速重建面部三维轮廓。首先,介绍数字图像相关法的基本原理;其次,提出一种匹配前的散斑图像预处理方法,去除散斑图像的边缘化区域,提高散斑匹配质量;最后,计算面部三维点云。为验证该方法的可行性及最终重建效果,设计面部扫描重建及误差实验,结果表明:该方法具有体积小和不受光强影响的特点,能够较好地重建出面部模型,整体测量误差为±0.2 mm。     

基于数字图像相关法的H340LAD__Z高强度钢屈服行为研究

针对金属材料在屈服阶段塑性变形比较复杂且难以准确测量的问题,提出一种基于数字图像相关法的光学方法来测量H340LAD__Z高强度钢的塑性演变行为。设置拉伸速度为1 mm/min,试件厚度为1 mm,以平行轧制方向拉伸试件,获取试件全场全过程变形数据;通过分析对比试件在屈服阶段的关键点位移及全场应变云图,获得该试件的塑性变形演化规律及屈服阶段的开始与终了时刻。实验结果表明:试件的演变行为从斜两侧向中间转移,塑性变形不均匀;从颈缩到断裂过程,不同关键点工程应变差异大。因此,该方法对研究金属材料的塑性理论及工业应用具有积极的指导意义。     

基于三维数字图像相关法测量复合材料泊松比

采用力学测试与模拟(MTS)拉伸试验机和三维数字图像相关(DIC-3D)准静态三维应变光学测量系统采集到拉伸试样的散斑图像,然后通过Origin/excel等计算软件对原始数据进行处理,逐步得到应力-应变曲线、全过程全场位移云图、应变场E1分布及E1、E2方向、矩形区域内E1、E2平均值时序曲线和全过程|E2/E1|时序曲线,再根据特定的数据段选择原则,将指定拉伸时间内的数据进行Origin拟合处理,最后得到30%玻纤增强聚醚酰亚胺(PEI)复合材料的横向-纵向应变比的绝对值,即泊松比,并为实验测量复合材料泊松比等提供了一种数据处理和计算方法。     

基于材料静动态力学性能分析的SiCp/Al本构模型构建

基于SiCp/Al复合材料的静态和动态力学性能分析,构建SiCp/Al复合材料的本构模型。针对体积分数为20%的SiCp/2a14Al复合材料采用电子万能试验机进行准静态拉伸试验,研究材料的静态力学性能;采用霍普金森压杆试验进行不同温度(20～400℃)、不同应变率(500～3 000 s^-1)动态压缩试验,分析材料的动态力学性能。基于材料静态及动态下应力-应变试验数据构建SiCp/Al复合材料的Johnson-Cook(JC)本构模型,并通过遗传算法对模型进行优化。结果表明,SiCp/Al复合材料在准静态条件下表现出应变强化效应;在动态载荷条件下,材料流动应力随着应变速率的增加而增加,表现出应变率强化效应,这与碳化硅颗粒的体积分数有关;随着温度的增加,流动应力减小,表现为温度软化效应。最小二乘法拟合的JC模型与试验值的平均误差较大,经过遗传算法优化后模型误差减小,能够准确预测SiCp/2a14Al复合材料的流变行为。     

基于二维高速摄影系统的面内碰撞实验研究

以圆柱杆-圆盘为实验对象,进行面内对心正碰实验。研究利用激光测振仪(LDV)、应变片以及二维高速摄影系统准确测量碰撞实验的动态响应的方法,并综合对比其优缺点。实验结果显示,激光测振仪和应变片分别能准确测量单点的速度和应变响应;二维高速摄影系统能测量全场的速度和应变响应,进而对接触碰撞的应变变化过程进行观察,这也验证了数字图像相关(DIC)技术在低速碰撞领域的适用性。但在碰撞分离后,碰撞激发圆盘自由振动所引起的离面位移,会导致二维高速摄影系统所测的应变和速度产生较明显的虚假振荡。     

基于局部位移场最小二乘拟合数字图像相关方法的剪切带应变测量

采用局部位移场最小二乘拟合数字图像相关方法测量了虚拟剪切带的应变,并将测量结果与中心差分方法的结果和理论解进行了对比,主要研究了计算窗口尺寸和子区尺寸的影响。研究发现:当子区尺寸较小且应变计算窗口尺寸较大时,局部位移场最小二乘拟合数字图像相关方法的测量结果接近于理论解;对于测量单轴压缩条件下低液限黏土试样破坏过程中的应变场,局部位移场最小二乘拟合方法的测量结果比中心差分方法测量结果更准确,有助于对剪切带应变的准确测量。     

不同初始静载混凝土轴向拉伸试验研究

为研究混凝土材料的动态性能,利用MTS-810NEW液压伺服试验机对尺寸为100 mm×100 mm×510 mm棱柱体混凝土材料试样进行了初始静态荷载为0~20 k N的动态轴向拉伸试验,研究了混凝土材料经历不同初始静态荷载后的动态拉伸破坏特征、应力应变关系和动态抗拉强度。结果表明:荷载值由静态过渡到动态荷载时,混凝土材料的动弹性模量发生较大变化,且随着初始静态荷载值的增加,混凝土材料动弹性模量有增大趋势;混凝土材料动态应力应变关系曲线中,峰值应力所对应的应变值与初始静态荷载值无关;随着初始静态荷载的增加,混凝土材料动态拉伸破坏断面面积逐渐增大,且粗骨料被拉断的数目随着初始静态荷载的增加而先增加,后趋于平稳;随着初始预加静态荷载值的增加,混凝土材料的动态轴向拉伸强度先增加,然后趋于稳定。     

基于视觉测量的碟式聚光器面形检测

为保证太阳能热发电系统的发电效率,聚光器镜面必须符合设计精度要求,该文采用单目视觉测量的方法对碟式聚光器镜面进行实际测量。搭建相应的实验测量系统,通过CCD相机采集多幅多位置的镜面和靶标图像,利用Matlab软件进行相机标定、立体匹配以及一系列图像处理,获得镜面各标志点的三维空间坐标值。运用最小二乘法对三维散点数据进行拟合得到800 mm×800 mm碟式聚光器镜面模型。通过聚光器镜面相邻点坐标的差值估计得镜到面整体斜率误差为0.005 56 rad,最大斜率误差位于镜面边缘为0.027 26 rad。结果表明基于视觉测量的碟式聚光器面形检测系统能快速有效地检测镜面面形。     

光学测量方法在手机跌落测试中的应用

手机跌落试验主要用于检验手机质量,有限元分析模拟仿真方法能够帮助厂家在产品开发阶段优化手机结构,但不能对成品实物进行质量检验。针对上述问题,该文提出一种基于光学测量的手机跌落试验方法,采用双目立体视觉原理,利用摄影测量技术,提高数字图像相关法匹配精度,使用高速相机对手机跌落过程进行连续采集,提高系统标定精度后通过图像数据计算分析获取手机跌落过程中的全场位移及应变值。该文用华为荣耀4A手机前壳进行试验,成功获取其跌落过程中的三维全场变形数据,证明基于数字图像相关法手机跌落试验方法具有高精度、试验过程简便等优点,满足成品手机质量检测的需求。