基于图像相关法测量板料无载荷动静应变的研究

提出了一种利用数字图像相关法和单目视觉技术相结合的方法,实现了对板料进行全场平面应变测量。研究了基于数字图像相关法计算应变的算法,通过实验测量板料在无载荷工况下的静态和动态形变,实验结果表明采用数字图像相关法测量静态应变,最大平均误差0．004mm/50mm,动态应变最大平均误差0．015mm/50mm,此实验方法揭示了单目视觉技术对测量应变精度影响的规律,验证了数字图像相关法测量应变的可行性。     

基于数字散斑应变测量法的薄板各向异性力学性能研究

系统地说明了采用数字散斑相关法研究薄板各向异性的实验方法和数据处理方法,进而对SPCC钢板和AA6061铝板的各向异性及其演化规律进行了研究。结果表明:散斑应变测量法是一种获取薄板力学性能的有效手段,其最大优点在于能够获得变形过程中的整体应变场,这是研究复杂加载条件下材料力学性能的关键;对于SPCC钢板,其流动应力的各向异性并不严重,但全量和增量形式的Lankford系数(r值和r′值)均表现出了明显的各向异性,且其值随着变形的增加而逐渐降低,这与传统的采用引伸计进行应变测量时只能获得恒定的Lankford系数不同;对于AA6061铝板,其流动应力和r值的各向异性均不明显,但与轧制方向成不同角度试样的伸长率表现出了明显的差异,并且流动应力的加工硬化速率和r′值在拉伸真实应变处于0.15～0.20时出现了剧烈的波动;随着变形的增加,两种薄板应变的各向异性都逐渐增强,SPCC钢板增强得更为明显。     

带状组织对微合金钢应变局部化及应变强化行为的影响

目的 研究不同加载方向下带状结构对微合金钢塑性变形及应变强化行为的影响。方法 将X80管线钢加热到1 200 ℃后分别进行炉冷和空冷热处理,得到多边形铁素体/退化珠光体和粗/细铁素体晶粒带状组织以用于实验研究。将单轴微拉伸实验和数字图像相关方法相结合,通过零变形实验分析系统精度,获取RD、45°和TD取向带状组织试样的拉伸变形规律。同时,在DIC全场变形测量结果与实验数据统计分析结果的基础上,提出了可描述应变强化程度的参量Kf,用于对比和分析不同加载方向下带状结构对应变强化行为的影响。结果 零变形实验中位移平均值和标准差的最大值分别为0.004 pixels和0.006 pixels,系统精度较高。加载方向会影响带状组织的塑性变形演化情况,45°试样中产生了明显与带状取向一致的应变分布特征。在相同应力下45°试样首先达到了较大的应变强化程度,其抗变形能力最低。结论 不均匀带状组织对局部变形的影响程度与2个组成带的力学性能差异有直接联系,参量Kf可在一定程度上描述应变局部化引起的各向异性特征。     

电字式引伸计示值误差不确定度评定

电子式引伸计是一种测量材料应变的计量器具,主要用于金属材料力学性能试验中的应变测量,通过选用所需标距和变形量的电子式引伸计测出被测材料的变形量,即可算出材料的应变。由此可知,电子式引伸计标距和变形量测量准确与否直接关系到被测材料应变测量结果的准确性,文章针对电子式引伸计测量变形部分（即引伸计的示值）校准时所产生的不确定度进行分析,找出影响测量结果不确定度的主要因素,给出评定结果。     

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。     

一种基于图像的薄壁圆管拉扭应变测量方法

针对在薄壁圆管试样拉扭多轴试验中因传统接触式拉扭引伸计量程较小且难以在刚度较小的试样上使用等问题,提出一种新的基于图像的单相机拉扭应变测量方法,在试样表面作4道标记线并使用相机记录试验过程中标记线的位置变化;然后利用Matlab软件进行图像处理和计算,通过研究图像上标记线与试样中轴线交点高度的改变,并结合标记线的斜率特征,实现试样表面的拉、扭应变测量。通过试验将该方法的结果与DIC的测量结果进行对比,两者的测量结果吻合较好,验证该方法的可靠性。与接触式引伸计相比,该方法测量范围大,可应用在低刚度试样上,且设备简单便携,易于应用。     

考虑一阶和二阶位移梯度的数字图像相关方法在剪切带测量中的比较

当剪切带中存在二阶位移梯度或应变梯度时,研究了两种数字图像相关(DIC)方法在测量位移、应变及应变梯度中的表现。以基于梯度塑性理论的剪切带的位移解作为基础,通过Matlab仿射变换制作了具有不同平均剪切应变和应变梯度的虚拟剪切带。通过对其计算和分析得到了下列结果:当剪切带的平均剪切应变和应变梯度较高时,与只考虑一阶位移梯度的DIC方法相比,考虑二阶位移梯度的DIC方法优势明显,获得的位移、应变及应变梯度结果与理论解比较吻合,由于DIC方法测量的是平均应变,因此,剪切带中心的峰值应变将被低估;当剪切带的平均剪切应变和应变梯度较低时,剪切带中心的峰值应变可能被高估,受标准偏差的影响,考虑二阶位移梯度的DIC方法没有优势。基于上述研究结果,在单向压缩应力控制加载条件下,对砂样从开始加载至宏观裂纹出现之前变形过程中的3种应变场的4种结果进行了分析。由于应变不超过0.25,因而考虑二阶位移梯度的DIC方法的结果并无优势。     

引伸计的选择与应用

介绍了引伸计的分类,以及在材料力学性能测试过程中,分别针对塑料材料试样和金属材料试样,应用引伸计精确测定相关材料在特征应变条件下所对应的应变数据的方法与注意事项.并根据引伸计的应用情况,分别从弹性变形范围的测试、弹塑性变形范围的测试和塑性变形范围的测试三个方面介绍了引伸计的选择依据.     

光测技术及其在钢材拉伸试验中的应用

介绍了拉伸视频引伸计、数字图像相关(DIC)技术等光测方案的技术原理,以及其在虚标实测、局域化强塑性能分析、拉伸应变痕(吕德斯效应)的直接观测等领域的实际应用。此外,通过分析传统电子式宽度引伸计在塑性应变比r值测试方面的技术缺陷,提出了通过跟踪试样宽度轮廓变化,或通过二维DIC技术定义多对初始宽向标距,利用宽度变化的均值计算r值,可提高r值测试的可重复性与可靠性。     

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。     

引伸计示值误差测量不确定度评定

引伸计是一种测量材料应变的计量器具,主要用于金属材料力学性能试验中的应变测量,通过选用所需标距和变形量的电子式引伸计测出被测材料的变形量,即可算出材料的应变。因此,引伸计标距和变形量测量准确与否直接关系到被测材料应变测量结果的准确性,本文对引伸计校准时所产生的不确定度进行分析,找出影响测量结果不确定度的主要因素,给出评定结果。     

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。      

数字图像相关方法辅助的IM7/8552碳纤维/环氧树脂复合材料单向带层合板沿厚度方向非线性本构参数识别

提出了采用数字图像相关(DIC)方法和有限元模型修正(FEMU)技术相结合,通过短梁剪切(SBS)试验获得碳纤维增强环氧树脂(IM7/8552)正交各向异性复合材料单向带层合板沿厚度方向压缩本构关系参数的试验方法。该方法根据假设材料初始本构,采用3D有限元模型(FEM)计算获得主平面压头下方沿厚度方向的应力和应变分布,以DIC实测应变和有限元计算应变之间的方差建立目标函数,并在FEM中进行迭代更新,收敛后获得材料本构参数。由于选择的试样加载形式近似静定结构,试样表面的应力分布对材料本构关系及参数弱相关,上述迭代过程进一步转化为通过全场有限元计算应力和DIC实测应变之间的最小二乘回归识别假设本构关系及参数。因此,该方法具有以下优点:迭代过程中不需要建立针对识别参数的显式敏感度矩阵,识别效率高;识别过程对初始材料本构参数不敏感。     

金属薄板塑性应变比测量不确定度的评定

从试验方法上对塑性应变比r值的测量不确定度进行了评定,并对试样尺寸测量和引伸计等方面引起不确定的因素进行了讨论和计算.在评定合成不确定度时,应根据塑性应变比r值的计算公式计算各不确定度分量的灵敏系数;当输入量明显相关时,计算公式中应考虑相关系数的作用.     

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...     

数字图像技术在航空铝合金形变测量中的应用

利用DIC(Digital image correlation)非接触全场应变测量系统分析2024铝合金板材静态拉伸应变场。对散斑质量参数、图像采集系统参数进行正交试验优化。优化结果表明,影响散斑质量的主次因素及最优结果分别为:散斑半径0.02in,散斑密度50%,散斑分布随机性69%;影响图像采集系统的主次因素及最优结果分别为:子集大小59个像素,步长值12个像素,相机间的角度20~25°,光圈值5.6~8。采用该优化参数测量无孔及不同开孔尺寸铝合金板材静态拉伸应变场。首先,对无孔试样裂纹两侧取点,研究裂纹扩展趋势,判定裂纹源及相应载荷。其次,研究长短轴之比及开孔面积对力学性能的影响,并沿孔径方向取点,分析局部应变情况。研究表明,越靠近开孔位置,应变越集中。减小开孔面积,降低开孔的长短轴之比,可以有效降低试样的应变集中系数,延长使用寿命。最后,对比分析非接触测量方法、引伸计法及Patran建模仿真方法试验结果。     

基于一阶及二阶DIC方法的常应变剪切带的测量误差分析

制作了水平和倾斜的常应变剪切带,使用数字图像相关方法(DIC)对剪切带内、外的位移场和应变场进行了测量,分析了形函数、子区尺寸及测点间距对测量结果的影响。结果表明:在剪切带边界附近,一阶或二阶DIC方法的位移误差限均较大,这是因为这些区域的子区覆盖了一部分剪切带;子区尺寸越大,或测点距离剪切带边界越近,位移误差限越大;一般对于剪切带边界附近测点,二阶DIC方法比一阶DIC方法的位移误差限小;随着测点间距的增加,一阶或二阶DIC方法的剪切带的法向剪应变坐标曲线由陡峭变得平缓,剪切带宽度逐渐增加。     

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。     

影响铝合金弹性模量测量精度的因素

金属材料弹性模量的测量精度受很多试验因素的影响,将挤压成型的7N21铝合金加工成圆棒试样,采用静态拉伸试验方法测量了其弹性模量,并对控制模式、引伸计的使用及预拉伸对弹性模量测量的影响进行了分析。结果表明:弹性模量测量精度受控制模式与试样预拉伸的影响较小,主要由引伸计的选择与使用决定。采用单个引伸计测量同一试样多个方向上的弹性模量值并取平均值的方法可以有效消除偏心拉伸的影响,能够提高测量结果的准确性和稳定性。     

引伸计误差对Rp0.2测量结果的影响

就引伸计标距误差和引伸计系统误差对RP0.2测量结果的影响进行了分析。对几种材料的试验误差分析表明,应变误差造成的RP0.2的测量误差依赖于材料自身的特性。对于普通材料,其应变误差对拉伸性能RP0.2造成的误差可以假设小于1%;但是对于某些合金材料,引伸计误差对拉伸性能RP0.2造成的误差大于1%,在测量这些材料时需要采用比规定级别更高的引伸计。