基于数字图像相关法测定瓦楞纸板面内静态压缩 泊松比

目前关于直接测定瓦楞纸板泊松比的方法鲜见报道,传统泊松比测试方法难以满足测试要求。针对传统方法的不足,提出使用数字图像相关法测量瓦楞纸板的泊松比,并选取面内静态压缩作为研究内容。选取4种瓦楞纸板,拍照记录面内压缩变形情况,将获得的变形照片导入MATLAB程序进行处理,获得瓦楞纸板面内静态压缩过程位移和应变分布情况,并计算出泊松比值。研究结果表明,E、BS、BD和BC型4种瓦楞纸板的泊松比值分别为-3.86,-0.42,-2.09和-1.49,负泊松比的出现主要与瓦楞纸板制备过程中芯层瓦楞起皱工艺以及纤维在压缩过程中发生取向变形有关。通过直接测定瓦楞纸板面内静态压缩的泊松比值,为瓦楞纸板泊松比测试提供了一种新方法,可为包装材料的选择和仿真分析提供参考。     

应用数字图像相关法测定瓦楞原纸的泊松比

对瓦楞原纸泊松比的测定存在许多困难,传统的接触式方法难以满足测定要求,还没有一种简单高效的方法能解决这个问题。针对传统位移测量方法的不足,提出以数字图像相关法测定瓦楞原纸的泊松比。通过对试样变形前后的图像进行相关性位移分析,将试验所得的实测位移与已标定位移进行对比,所得结果具高度的一致性,相对误差范围为1%～3%。试验测定面纸MD（machine direction）方向和CD（crossmachine direction）方向的泊松比分别为0.175和0.073,芯纸MD方向和CD方向的泊松比分别为0.275和0.119。测试及分析结果表明,应用数字图像相关法测定瓦楞原纸的方法是可行的,具有较佳的应用价值,能为研究纸张的泊松比提供一个新途径。     

基于数字图像相关方法的气凝胶复合材料各向异性热变形测量

在热防护材料及结构高温力学性能研究中,测量其在热载荷与机械载荷作用下产生的变形是重要且基础的工作。基于数字图像相关方法,建立了可实现800℃变形测量的非接触式测量系统。针对陶瓷纤维增强SiO_2气凝胶复合材料,从面外和面内两个材料方向,以25℃为参考温度,试验测量了材料加热至300~800℃范围内不同温度时产生的热变形。研究结果表明,在此试验系统基础上的变形测量方法可用来测量此类热防护材料的高温变形。陶瓷纤维增强SiO2气凝胶复合材料的高温热变形具有明显的各向异性,面外方向上表现为"收缩",面内方向上表现为"膨胀"。SiO_2气凝胶基体中的颗粒团聚以及增强纤维在面内方向上的铺层分布是导致热变形各向异性的主要原因。     

数字图像相关法在复合材料研究中的应用进展

数字图像相关方法(DIC)具有自动化、光路简单、普适性好及抗干扰能力强等优点,广泛应用于多领域、多种材料的力学性能测试中.综述了自2017年以来,数字图像相关方法在复合材料的力学性能测试、功能结构性能研究及产品质量检测中的应用进展,并提出了发展方向.     

数字图像相关法测量聚碳酸酯板应力强度因子

本文以数字图像相关方法测量了聚碳酸酯板的张开型应力强度因子（SIF）。实验过程中以聚碳酸酯标准紧凑拉伸式样为样本,由数字图像相关（DIC）方法提取不同载荷下裂纹附近的全场位移。在已计算得到全场位移的情况下,由线弹性断裂理论可知,弹性区域内每一点位移可表示为SIF的函数。在计算SIF时考虑了实验中不可避免存在的刚体平移与转动的影响,应力强度因子、刚体平移与转动可由最小二乘法计算得到;还讨论了位移场的选择及位移展开项项数对SIF的影响。实验结果与理论值进行了比较,结果显示DIC方法准确地测量了聚碳酸酯板的应力强度因子,因此DIC为测量SIF提供了一种有效的试验方法。     

基于数字图像相关技术的裂纹扩展测量

常用的管道钢断裂韧度测试方法包括夏比冲击试验(CVN)、落锤撕裂试验(DWTT)、裂纹尖端张开位移(CTOD)试验、裂纹尖端张开角(CTOA)试验、双试件法等。双试件法对低韧性材料的测试结果比高韧性材料的要准确,对于表征高韧性的钢管材料的断裂韧度来说,CVN和DWTT方法会受与韧性断裂扩展没有关系的能量耗散的影响,CTOA被很多国内外的学者认为测量结果准确度高,简便易行,是比较方便好用的止裂判据。在对金属裂纹扩展各种测试方法进行系统分析的基础上,研究了基于数字图像相关技术的稳定裂纹扩展阻力测量技术,开发了一种高精度快速测量硬件和软件处理系统,实际应用证明了该系统的实用性和可靠性。     

基于数字图像相关技术测量刨花板材料力学参数

刨花板作为一种人造板材,其表面多孔性致使应变片的粘贴过程十分困难,且涂胶量的多少会直接影响测量的精度。基于对样品变形前后图像分析的数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)技术被用于测量刨花板的力学参数。相比于传统的贴应变片法,该技术具有高精度、非接触性及全场测量等优势。"横观各向同性"模型被考虑用来模拟刨花板的力学行为。于是,表征材料力学性能的弹性张量取决于5个独立的弹性参数:纵向、横向弹性模量E^L、E^T,纵向、横向泊松比ν^L、ν^T及纵向剪切模量G^L。为了实现这一测量过程,刨花板被切割成一批梁样品,随后被应用于三点弯曲试验。通过比较感兴趣区域(Region Of Interest,ROI)内网格节点位移的测量值与铁木辛柯梁理论解析解,及有限元模型修正(Finite Element Model Updating,FEMU)方法的应用,4个弹性参数E^T、G^L、E^L和ν^L     

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。     

数字图像相关中亚像素位移测量的曲面拟合法

曲面拟合法求解亚像素位移是数字图像相关亚像素位移定位中的一种重要方法,它具有抗噪声能力较强、精度高、计算效率高等优点,在实际应用中多被采用。就该算法中影响亚像素位移定位精度的各要素进行了详细讨论,并用计算机生成的模拟散斑图和金属试件的刚体平移实验进行了验证,结果表明,整像素搜索时选取不同的计算窗口对计算结果的影响最大,而文中所列的几种相关函数的选取对计算结果的影响则可以忽略。     

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。     

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...     

基于数字图像相关的钢纤维增强水泥基复合材料的冲击损伤特性

本文采用数字图像相关（DIC）技术对钢纤维增强水泥基复合材料三点弯落球冲击试验过程中试件表面位移场和应变场进行计算与研究,基于开裂点附近位移变化确定初裂冲击次数,并对全场水平应变值进行统计分析,得到冲击过程的损伤程度因子（D_f）表征曲线,进一步探讨纤维掺量对试件弯曲冲击损伤的影响规律。试验结果表明：钢纤维的掺入对水泥基材料破坏次数的提高较初裂次数更明显;D_f曲线能够较好反映冲击荷载作用下试件弯曲冲击破坏各阶段;试件弯曲冲击损伤过程经历缓慢、加速、再缓慢三个阶段;纤维掺量越多,D_f曲线发展越缓慢,冲击损伤三阶段中的再缓慢阶段所占比例越大,即钢纤维增韧作用主要表现在三阶段损伤过程中的再缓慢阶段。     

负泊松比复合材料裂纹尖端应力场

具有平面负泊松比的石墨纤维/环氧树脂非平衡层合复合材料具有很高的断裂韧性和缺口断裂强度,这一点已被实验所证实。本文用复变函数——变分方法计算了负泊松比材料裂纹尖端的应力场和应力强度因子,并与常规的平衡复合材料进行了比较。负泊松比材料铺层为[0/15/75/15]s,[0/25/65/25]s;常规复合材料铺层为[0/60/90/-60]s.本文重点研究了主应力方向与纤维方向的夹角以及应力强度因子与断裂韧性的关系。分析结果表明;负泊松比材料的缺口断裂强度高于常规铺层复合材料的缺口断裂强度。      

数字图像相关法在稀土掺杂水凝胶电响应行为测量中的应用

基于放大成像技术、高速摄像技术与数字图像相关方法,研究了稀土掺杂水凝胶在非接触直流电场作用下的电刺激响应行为,并对相关的机理进行了探讨。实验结果表明,在非接触直流电场作用下,掺入稀土后的Sm/Gel/P(AA/AM)、Eu/Gel/P(AA/AM)水凝胶与Gel/P(AA/AM)水凝胶相比,对电场的响应更为敏感;稀土掺杂水凝胶均随着电场的增大,形变位移增大;水凝胶在掺杂稀土后沿着电场方向产生形变,在掺杂稀土前逆着电场方向产生形变。文中测试方法具有实验装置简单、全场非接触、无附加质量、无附加阻尼、测量变形范围可调等优点。数字图像相关方法用于此类材料力学性能的研究是一种行之有效的方法。     

基于数字图像相关技术的木纤维/高密度聚乙烯复合材料界面力学行为

以木纤维/高密度聚乙烯(WF/HDPE)复合材料界面应变为研究对象,采用数字图像相关技术(DIC)探究WF(质量分数为10wt%~40wt%)及改性聚磷酸铵(mAPP)阻燃剂(质量分数为10wt%~25wt%)对WF/HDPE复合材料应变分布及传递的演变规律,并结合力学性能测试和SEM对其拉伸性能、冲击性能、界面结合进行分析。结果表明:随着WF添加量从10wt%增至30wt%,WF/HDPE复合材料应变传递较为平稳,由受力两端向复合材料轴中心均匀传递,当WF添加量为30wt%时,高应变在复合材料上约1/2区域得到了有效传递,此时,复合材料的拉伸强度和冲击强度分别达21.5 MPa和10.22 kJ/m2。但当WF添加量增加至40wt%时,WF/HDPE复合材料的拉伸承载端部出现应力集中,阻碍了其内部应变的均匀传递。mAPP阻燃剂加剧了WF与HDPE界面间的脱粘行为,削弱了WF与HDPE之间的机械啮合作用力。当mAPP阻燃剂添加量从10wt%增加至25wt%时,WF/HDPE复合材料开始出现多个分散的高应变区域,全场应变传递出现不规则分布。当mAPP阻燃剂添加量达25wt%时,WF/HDPE复合材料应变分布呈两极化趋势,导致复合材料的拉伸强度和冲击强度分别降低为15.5 MPa和5.49 kJ/m2。      

基于数字图像相关技术的砂土全场变形测量及其DEM数值模拟

岩土材料在力学性能上表现出各向异性与非线性特征,不同土体的受力变形规律也不相同。为了更真实地反映平面应变状态下土的受力变形特性,研制了一种新型的平面应变加载设备,该设备通过对试样的侧向（围压方向上）施加柔性荷载来降低常规平面应变试验中刚性加载所造成的边界约束影响。同时,搭建了能够得到表面变形识别的数字图像采集系统。在此基础上,利用研制的平面应变设备结合二维数字图像相关技术（2D-DIC）根据获得试验过程中的全场变形来分析福建标准砂在不同围压下的变形特性。另外,通过数字图像相关法得到的平面应变试验结果来确定砂土基于抗滚动摩擦模型的细观参数,并对试验过程进行了离散元分析。结果表明：基于数字图像相关测量技术的新型平面应变试验设备可以准确获得福建标准砂的局部变形规律和变形过程的非线性行为,由此确定的砂土细观参数也能够较为真实地反映试验材料的应力-应变关系。     

数字图像相关技术在大豆蛋白喷涂流速测量中的应用

目的分析蔬菜复合纸制备过程中的喷涂雾化规律,研究大豆蛋白喷涂液在不同喷涂参数下雾化场速度的变化。方法首先通过高速摄像机采集多帧连续喷涂图像,然后对采集的图像序列做相关性分析以获得各图像对之间的相对位移场,最后结合高速摄像机采集图像参数计算大豆蛋白液喷涂雾化速度场。结果选取喷头下方10 cm处,边长为10 cm的正方形区域的雾化颗粒进行分析,当气压一定时,大豆蛋白雾化颗粒平均速度随液压的增大而增大;液压一定时,随着气压的增大,大豆蛋白喷雾颗粒平均速度先减小后增大,最后趋于某一稳定值。结论通过数字图像相关技术对高速摄像机拍摄的雾化场图像进行处理分析,能够描述大豆蛋白液喷涂雾化场的速度分布特性。通过处理不同喷涂参数下的雾化图像,得到了喷涂参数对雾化颗粒速度的影响。     

基于环绕测点子区分割的数字图像相关方法剪切带宽度测量研究

提出了一种致力于改善狭窄、高应变梯度剪切带宽度测量精度的数字图像相关方法.通过对测点的原始子区的有限分割,使后代子区环绕在测点周围,以使一些后代子区位于简单变形区域,进而以最佳后代子区的结果作为测点结果.通过对比提出方法和粗-细方法的虚拟剪切带宽度测量结果,验证了提出方法的有效性,并从理论上分析了剪切带宽度测量误差.研...     

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。     

数字图像相关技术在复合材料加筋曲板压缩试验中的应用

对复合材料自动铺丝和手工铺丝两种T型加筋曲板进行了单轴压缩试验,采用基于数字图像相关技术(Digital image correlation, DIC)的三维光学测量方法对该型加筋曲板的局部屈曲及后屈曲波形进行实时监测,并与传统应变、位移测量结果进行了对比分析。试验结果表明:DIC能够准确捕捉整个试验过程中的位移场,使用DIC设备观测到的屈曲模态与应变片数据反映的波形具有良好的一致性;不同于传统测量方法,DIC能够准确捕捉蒙皮在后屈曲阶段的屈曲模态转换的全过程;利用DIC技术能够对试验不同时间节点(即不同载荷水平)的屈曲模态进行清晰、直观的观测,因而能够较准确地获得结构的屈曲载荷,该载荷与由应变-载荷曲线确定的屈曲载荷相比,误差小于5%。采用ABAQUS有限元软件对试验过程进行了数值仿真分析,并通过与试验结果的对比表明了计算结果、DIC测量结果与传统方法测量结果三者具有良好的一致性。