Diagnosis of the surface morphology of laser-ablated materials using the weighted- DCT approach in laser speckle interferometry for application to plasma facing materials

To implement on-line, real-time monitoring for the surface morphology of Plasma-Facing Materials (PFMs) in tokamak, we developed a Laser Speckle Interferometry measurement approach. A laser ablation method was used to simulate the erosion process during Plasma-Wall Interactions in a tokamak. In the present investigation, we evaluated the results of laser ablation morphology changes on the surface of Mo material reconstructed by four different approaches (Flood-fill, Quality-guided, Discrete Cosine Transform (DCT) and Weighted-DCT). The morphology results measured by the weighted-DCT approach are very close to the measurement results from confocal microscopy with an average error rate within 7%. It is verified that the weighted-DCT algorithm has high accuracy and can efficiently reduce the influence of noise pollution coming from laser ablation, which is used as a proxy for erosion from plasma wall interaction. Additionally, the CPU computer time has been shortened. This is of great significance for the real-time monitoring of PFMs’ morphology in the Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) in the future.     

光测方法在岩石力学实验观测中的应用述评

综述了常用光测方法在岩石力学实验观测中的应用,总结了这些光测方法相对于岩石力学中常用的其他方法的特点。最后在分析岩石力学实验观测新趋势的基础上,指出发展一种以数字散斑相关方法(DSCM)为基础的岩石力学观测系统,将可以满足岩石力学观测中的新的需要。     

岩土工程数字照相量测软件系统研发与应用

为便于数字照相变形量测(DPDM)技术在岩土工程中的应用与推广,研究开发一套完整的数字图像分析与结果可视化后处理软件包。首先,根据观测目标上是否使用人工量测标志点,将DPDM分为两大类:标点法和无标点法,针对岩土类材料局部化变形特性,提出旋转加平动的图像相关分析三步搜索算法;然后说明基于等参四边形单元的坐标转换与变形解释方法,并介绍DPDM软件包的主要功能,讨论图像采集、量测精度、适用范围等应用关键问题。软件系统可为砂土、黏土、钢筋混凝土、岩石等岩土工程常用材料的数字照相变形全程观测、演化过程以及局部化分析提供有力支持。最后,给出一个应用实例——侧向受荷桩模型试验。     

基于三维匹配块的SAR图像相干斑抑制研究

合成孔径雷达(SAR)图像中存在相干斑噪声,不能准确反映照射区域的散射特性,增加了信息提取的难度。三维匹配块(BM3D)算法是在变换域中的稀疏表示,将相似的图像块分到一个三维空间中,从而达到去噪的目的。通过对噪声模型特征的分析及参数设置,将适用于加性噪声模型的BM3D算法应用到乘性噪声中。采用仿真与传统方法对比表明,利用BM3D算法抑制相干斑噪声,其边缘保持指数达到了0.484 5,在降噪的同时又较好地保存了图像的细节特征,验证了算法的有效性。     

基于数字体散斑法煤样内部三维应变场的测量

煤岩内部三维应力应变场的测量对冲击地压、气体吸附及煤与瓦斯突出的机理研究具有重要意义,但在实验室中很少有方法能够直接测量煤岩内部三维应力应变场。采用新近发展的数字体散斑法与微焦点工业CT相结合的方法分别测量了单轴压缩和CO2气体吸附过程中煤样内部的变形,由变形获得煤样内部的三维应变场。研究表明,煤样内部天然结构可以作为携带变形信息的散斑结构,用于变形测量。通过单轴压缩煤样内部等效应变及体积应变的可视化,直观地显示出试件内部应变局部化区域孕育发展的过程,煤样的变形破坏具有明显的应变局部化特征,应变局部化区域与煤样最终破坏断裂区域位置一致。利用DVSP法测得了煤样吸附CO2过程中的三维应变场,并与应变片测量结果进行了对比,两者具有较好的一致性。通过体积应变的分布图直观揭示出煤样在吸附气体过程中存在膨胀区与压缩区,由于非均质性造成内部变形不均匀。     

应用数字散斑相关的运动轴面位置匹配

由于进行转轴动态扭矩测量时的旋转运动会导致应变测量无法直接进行,故提出了应用数字散斑相关技术的动态转轴表面位置匹配方法。该方法可通过对旋转运动中轴面位置的识别实现后续转轴表面应变位移的计算。搭建了运动轴面数字散斑相关实验系统,进行了轴面灰度值稳定转角范围的标定实验、标准转角的转角位移测量实验和运动轴面位置识别实验。实验表明,本系统轴表面图像在-π/15~π/15转角内灰度值较稳定,该转角范围对应转动方向160个像素,相关系数曲面有明显峰值,转角为-π/15和π/15的相关度分别为0.389 2和0.322 1,超出该范围后图像灰度信息淹没在由轴面弧度变化引起的噪声中;标准转角轴面位移识别精度和运动轴面位置识别精度为1像素。本文方法解决了旋转运动轴面的位置匹配这类大位移测量问题,为动态转轴的位移、应变等测量问题提供了有效方法。     

拉压状态下预紧力齿连接接头承载力和剪应力分布规律研究

复合材料预紧力齿连接是一种新型连接方式,具有较高的连接效率。本文对预紧力齿连接平板单齿试件进行拉伸与压缩试验,研究对比两种荷载状态下的承载力和剪应力分布规律,采用数字散斑和有限元接触建模两种方法分析齿剪切面的剪应力分布。通过研究发现,相同参数的单齿试件在拉伸与压缩荷载下的承载力相差不大,但两种荷载下齿剪切面的剪应力分布规律却不同。该结论可以用于预紧力齿连接接头的设计计算中。     

涡旋光束经过散射介质产生散斑的理论和实验研究

研究了涡旋光束经过散射介质后形成的散斑特性 ．运用概率统计理论和光束传输理论,模 拟了不同拓扑电荷数的涡旋光束经过散射介质后形成的散斑,以及散射介质颗粒尺度对散斑 特性的影响。模拟结 果表明,随着涡旋光束拓扑电荷数的增大和散射介质颗粒尺度减小,形成 的散斑颗粒尺寸逐渐减小。实验上,利用螺旋相位板(SPP)产生涡旋光束,使其透过散射介 质后形成散斑。实验结果 表明,涡旋光束经过散射介质后,随着散射介质颗粒尺度减小,形成的散斑对比度逐渐增大 ;随着涡旋光束拓 扑电荷数的增大或散射介质颗粒的减小,所形成散斑的尺寸减小。实验结果与模拟结果 相吻合。     

Boundary detection of internal defect based on discontinuity of second-order gradient of out-of-plane displacement in phase-shifting digital speckle pattern interferometry

A new method for detecting the boundary of an internal defect is proposed in this paper. The proposed method can be used in phase-shifting digital speckle pattern interferometry to detect accurately the boundary of an internal defect based on discontinuity of the second-order gradient of out-of-plane displacement in the direction perpendicular to the defect boundary. Both theoretical analysis and experimental result are presented in this paper.     

Study on mixed‐mode fracture characterization in functionally graded materials

The fracture characterizations on mixed‐mode crack of functionally graded materials (FGMs) are investigated using digital speckle correlation method (DSCM). The stress intensity factors at mixed‐mode crack tip are obtained from digital speckle displacements fields. In combination with finite elements simulation results, the influences of gradient coefficients on fracture behavior of mixed‐mode cracks are analyzed. All the results show that the influence of gradient coefficients on fracture modes is not noticeable, and the stress intensity factor at the crack tip in graded materials are clearly influenced by the gradient coefficients, i.e., the stress intensity factors decrease with the increasing of gradient coefficients. © 2011 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci, 2012