三维数字图像相关系统及其应用研究

利用双相机搭建了基于双目视觉测量技术的三维数字图像相关系统,并借助Visual Studio2010平台,实现了从图像采集到三维形貌、变形、应变计算的软件功能,通过10Cr17不锈钢的拉伸试验验证了系统的实际应用性能。结果显示,三维数字图像相关测量系统的应变测量精度与引伸计相当,并且可以获得更全面、直观的测量数据,是全场变形、应变测量的有效手段。     

材料轴向拉伸变形的图像精密测量研究

轴向拉伸试验是测量材料力学性能的主要手段。本文介绍了一种新的视频引伸计,并给出了利用这种视频引伸计测量材料轴向拉伸变形的视频引伸计测量系统,对测量方法进行了说明。利用该系统对金属材料标准试件进行常温、静载试验,测量其应力-应变曲线,并与使用常规机械式引伸计测量得到的数据对比,验证了本文所提出的视频引伸计的测量性能。本文所提出的视频引伸计测量系统能够实现对材料轴向拉伸力学性能的非接触、在线、高精度测量。     

二维数字图像相关方法的拉伸实验误差分析

对数字图像相关(DIC)方法的拉伸实验误差进行了系统分析。通过刚体运动实验,从软件模拟计算和硬件两方面研究了DIC方法的实验误差,同时,根据成像原理,分析了离面位移对实验结果的影响。为了检验测试系统的测量精度,将DIC方法与多晶铜试样拉伸实验相结合,比较了不同实验条件下DIC方法与应变片测量的结果,分析认为测量误差主要来源于摄像机噪声及离面位移。鉴于这两种误差难以消除,探索了一种误差修正方法,对系统误差进行修正并得到满意结果。     

激光全息法测量非金属材料泊桑比

泊桑比μ定义为横向应变与在低于材料比例极限的均匀分布的轴向应力条件下产生的轴向应变之比的绝对值,即μ=?.ANSI/ASTM E132-61规定了室温泊桑比的标准试验方法.常用的测量方法是电子机械结合的测量系统,采用引伸计测量其横向及纵向变形量.Timoshemko和Goodier首先证明:当一个棱柱杆在两     

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移和应变场,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.     

视频引伸计测量技术初探

在金属材料拉伸试验中,传统的接触式引伸计测量存在诸多缺陷.本文研究了视频引伸计测量系统的工作原理和关键技术,并且分析了视频引伸计的发展趋势.视频引伸计采用CCD作为光电传感器,可非接触测量材料拉伸过程中的变形量.试验前在试件上做好标记,通过试验时标记的变化测得应变量,实现了金属材料在加载过程中应变的实时测量.     

数字图像相关法在竹纤维材料拉伸试验中的应用

采用数字图像相关法(DICM)对竹片变形前后的图像进行相关计算,获得了竹纤维材料在弹性范围内的位移和应变,并与电测法的结果相比较.试验结果表明,数字图像相关法能够有效地测量竹纤维材料的力学性能.     

非接触式视频应变测量系统设计

在材料拉伸试验中,传统的机械式引伸计应变测量存在很多缺陷.文中从硬件搭建和软件算法编制两方面设计了非接触式视频应变测量系统.该系统以图像测量技术为基础,具有非接触式、全场景测量、可视化好、智能性高、应用广泛等诸多优点,实现了材料在加载过程应变的实时测量.测量技术应用亚像素边缘检测算法,系统应变测量结果具有较高精度.     

结合DIC技术的车用复合材料参数反演方法

针对传统电测法在复合材料参数测定中易受环境干扰等问题,提出一种基于数字图像相关(digital image correlation,DIC)技术的车用复合材料参数反演方法。首先通过DIC技术获得复合材料试样的全场位移场,结合有限元仿真,以测量值与仿真值之间的误差为目标函数,构建反问题模型。采用遗传算法和序列二次规划法相结合的策略对材料参数进行反求,获得能表征复合材料真实材料参数的最优值。试验表明,基于DIC技术的反演方法对未知参数在较大区间下具有较强的识别能力,且能一次性且完整地反演复合材料的本构参数,反演精度和计算效率都有一定优势。     

视频引伸计技术在试验机上的应用

在金属材料拉伸试验中,传统的接触式引伸计测量存在诸多缺陷。视频引伸计采用CCD作为光电传感器,可非接触测量材料拉伸过程中的变形量。试验前,在试件上做好标记,通过试验时标记的变化测得应变量,实现了金属材料在加载过程中应变的实时测量。     

Analysis of diametral strain in uniaxial tensile and compression testing of round specimens of anisotropic materials

The development of elliptical cross sections in initially round test pieces of anisotropic materials makes it difficult to measure the true strain on a cross section using a transverse extensometer. In this paper, an analysis is given of the diametral strain and strain rate on a round cross section. Based on the experimental observation that static and dynamic microstructural changes of many anisotropic materials was too small to cause a noticeable change in anisotropic factor, R, up to relatively low strain levels, it is assumed that R is independent of strain in this analysis. Analytical results suggest that, when both the imposed axial strain rate and the anisotropic factor R remain constant and R0.5, the change in diametral strain rate is negligible no matter which orientation a transverse strain extensometer is positioned on a cross section. The analysis includes two methods of measuring the diametral strain: (i) measurement of the distance between two diametral-intercept points on the circumference of a cross section; and (ii) measurement of the distance between two parallel tangent lines of the cross section. Based on the analytical and experimental results, a new method has been proposed for obtaining true stress–strain data in uniaxial tensile or compression testing of anisotropic materials with constant or varying anisotropic factor.     

Experimental and theoretical evaluation of a high-accuracy uni-axial creep testpiece with slit extensometer ridges

The paper evaluates a previous uni-axial creep testpiece design which has slitted extensometer ridges to relieve the constraint to axial deformation provided by conventional, or unslitted, ridges. The results of experiments are reported on slitted and unslitted ridged testpieces; and they are used together with theoretical studies to evaluate the effectiveness of the slitted ridged testpiece design for different specimen gauge lengths. Firstly, the test results are used to derive true constitutive equations (i.e. those equations for testpieces without ridges), these are then used to predict the response of the majority of the testpieces, using the creep Continuum Damage Mechanics (CDM) Finite Element solver DAMAGE XX. The creep rupture mechanisms, lifetimes and accuracy of the measured creep strains have been determined theoretically for testpieces with unslitted and slitted extensometer ridges and gauge lengths of 50, 30 and 10 mm. Close agreement has been obtained between the experimental and theoretical results for the creep failure mode and lifetimes. It has been shown how the accuracy of the creep behaviour measured using short gauge length testpieces (10 mm), of the type used in tension-compression testing, may be greatly improved by using slitted extensometer ridges.     

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。     

引伸计与变形测量范围

从引伸计的结构、标距和测量范围、标称量程与输出灵敏度、示值的绝对误差和应变误差等几个方面论述电子万能试验机引伸计的正确配置。从材料力学性能测试所需的变形量、引伸计系统实际检定结果论述电子万能试验机有效变形测量的确定，从而指出了试验机行业内普遍存在的一个认识误区。     

剪切散斑干涉术中剪切量的测量

由于采用剪切散斑干涉术测量离面应变和面内应变都与剪切量有关,所以剪切量的测量精度决定了应变场分布测量的准确性.本文论述了公式法、成像法、莫尔条纹法和相关法等4种剪切量测量法的测量原理,定性分析了它们的测量范围.搭建了一套剪切量测量系统,利用成像法、莫尔条纹法、相关法测量剪切散斑系统的剪切量,并以公式法计算的结果为准,比较其他3种方法的测量结果.结果表明:剪切量＞3 mm时,利用相关法测量具有较高的测量精度;剪切量＜3 mm时,奠尔条纹法测量效果会更好.因此,实际应用中,应该先根据实际测量条件估算剪切量的大致范围,然后依据估算范围选择合适的测量方法.     

基于VB的虚拟应变仪的设计

为解决传统应变仪测量中存在的设备匹配,调试麻烦等不足,采用虚拟仪器技术,以VB为开发平台,设计了虚拟应变仪。系统由应变检测模块,数据采集模块,人机接口模块组成。系统充分利用了AD7710的特点简化了硬件设计,使用虚拟仪器技术拓展了应变仪的功能,满足了应变测量内容多样性的要求。试验表明,系统不仅具有较高的测量精度和稳定性,取得理想效果,而且具有较大的拓展空间。     

应变片用于斯特林发动机活塞位移的动态测量

结合自由活塞斯特林发动机的结构特点,提出了采用应变片响应板弹簧变形来动态测量活塞位移的方法。根据应变片的电阻应变效应与应变仪的电桥原理,建立了一套应变片测量位移的动态标定试验系统,将动态标定数据与静态标定数据进行了比较分析。试验结果表明,应变片测量位移的方法存在一定的正反向、动静态差异,应变片的粘贴位置也会直接影响测量准确性。基于应变片传感器体积小,与板弹簧结合粘贴无需占用专门的空间,通过标定校准和合理的安装位置,仍然是一种较好的位移测量传感器。     

分块非线性加权在车灯检测仪校准器光轴角测量中的应用

针对传统光轴角测量系统中人为因素干扰导致的重复性能降低等不足,设计一种基于图像处理技术与高精度电控转台相结合的自动测量方案。分析了照明光斑光强分布特性,提出了一种基于图像区域分割的最优非线性加权的特征点提取算法。该方法根据光强与灰度的线性关系,将光强量化到3个区间。然后分析灰度因素在特征点定位中的影响;针对不同区间应用局部最优加权法则以实现局部最优化处理。最后,利用光轴偏转角与特征点在像面上位移的对应关系,计算得到光轴角测量值。开展了光斑特征点重复性实验并分析了光轴角检测精度,结果表明:该系统在不同光强、不同角度条件下重复性好,测角精度优于60.18″。与激光光源的光轴角测量实验对比,该算法在光斑光强分布不均的条件下仍能完成稳定且精确的光轴角测量。