[发明专利]数字光弹性中的一种全场剪应力自动确定方法

说明书

技术领域

本发明属于光电无损检测技术领域，涉及数字光弹性中的一种全场剪应力自动确定方法。

背景技术

将光弹性法与计算机图像处理技术相结合，来自动采集光弹性数据和分析应力的方法，称为数字光弹性法(Digital Photoelasticity)，是新的实验力学研究方向。实现光弹性应力分析自动化有两个关键点，一是确定等色线的全局级数及各点的等倾角，二是判别等倾角的属性，即定出第一(或第二)主应力方向，这里规定第一或第二主应力方向范围在(-π/2，π/2]。

目前，研究者们对前者解决的比较好，较常用的是基于圆偏振场的六步相移法来确定全场等色线级数，该方法虽然也能同时得到全场等倾角，但在(半)整数级等色线上得不到等倾角数据。基于白光平面偏振场的五步彩色相移法虽然克服了这个缺陷，但是上述这两种方法所确定的等倾角同时包含了第一和第二主应力方向区域。正是由于这种等倾角属性的“不一致性”，会造成等色线包裹相图出现“失真”，这会导致接下来的去包裹过程出现错误。

近年来国内外出现了一些数字化判别等倾角属性的工作，下述方法都是十分接近自动化判断有效方法。由于主应力迹线上任一点的切线方向即为模型主应力方向，通过绘制主应力迹线结合边界判断可将[0，π/2]的等倾角变换成(-π/2，π/2]范围的第一主应力方向。更引人注目的工作是基于白光平面偏振场的四步彩色相移法，只需四幅图像基本上完成了主应力方向的判断，但是没有计算剪应力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能全场自动化确定剪应力的数字光弹性方法。

本发明的技术解决方案包括下列步骤：

(1)将被测的光弹性体放置在光弹性仪中施加载荷；

(2)将光场调整为白光入射下的正交平面偏振场，分析镜和起偏镜同步旋转到0、π/8、π/4和3π/8时，分别采集4幅相移图像；

(3)采用四步彩色相移法经过等倾角属性辨别后得到第一主应力方向(-π/2，π/2]相位图θ_u；

(4)将光场调整为单色光入射的正交圆偏振场，在分析镜和第二1/4波片分别旋转到(π/4，0)、(3π/4，0)、(0，0)、(π/4，π/4)、(π/2，π/2)和(3π/4，3π/4)的配置下采集6幅相移图像I_i，i＝1，2，3，...，6；

(5)结合(3)得到的第一主应力方向相图，采用六步相移法公式δ=tan-1[(I5-I3)sin2θu+(I4-I6)cosθuI1-I2],]]>得到无“失真”的等色线包裹相图δ，执行去包裹处理；

(6)由步骤(3)和步骤(5)分别得到的第一主应力方向相图和等色线去包裹相图可完成全场剪应力计算。

具体处理方法如下：

1.四步彩色相移法

如图1(a)所示为同步旋转β角的正交平面偏振光场，α、β分别为起偏镜和检偏镜与参考轴x夹角，且α＝π/2+/β，δ和θ分别为模型任一点相位差和第一主应力σ₁与参考轴x夹角。当同步旋转角度β分别为0、π/8、π/4和3π/8时配置下采集4幅彩色相移图像J_i，(i＝1，2，3，4)。对应的相移公式为