[发明专利]一种基于长方形子区的应变局部化带应变的光学测量方法

说明书

一种基于长方形子区的应变局部化带应变的光学测量方法，采集受载过程中物体一个表面的图像，获得图像上各测点的位移和应变；选择一条待测应变局部化带，在第一张图像上选定待测应变局部化带的测量区域，获得待测应变局部化带的倾角；在其他各张图像上确定与测量区域有关的包含待测应变局部化带的区域，将测量区域和包含待测应变局部化带的区域旋转相同的角度，使该区域内的待测应变局部化带水平或垂直；布置测线和若干测点，设置长方形子区；获得当前坐标系下多条测线上的线应变、剪切应变分布规律，将当前坐标系下的应变转换为原坐标系下的应变。本发明对应变局部化带较窄和带内应变分布极不均匀的情形，可较好地测量带内应变场的时空分布规律。

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，具体涉及一种基于长方形子区的应变局部化带应变的光学测量方法。

背景技术

应变局部化是在材料破坏之前观察到的极不均匀的应变集中于狭窄的带状区域的现象。应变局部化出现在宏观裂纹之前，是材料重要的破坏前兆之一。通过研究应变局部化带内部应变场的时空分布规律，有利于深刻认识材料的变形、破坏及失稳机理，并提出各种判据，亦可为有关的解析和数值模型提供必要的基础参数，或用于检验这些模型的正确性。

数字图像相关方法是光学测量方法中的一种重要方法，是对变形前后采集的物体表面的两幅图像(散斑场)进行相关处理，以实现物体变形测量。目前，数字图像相关方法广泛用于应变局部化现象的测量。在数字图像相关方法中，在最开始的图像中选取的以待求点为中心的正方形子区(正方形子区最为常见)或圆形子区(圆形子区较为少见)称之为变形前子区或参考子区，在其后的各幅图像中选取的子区尺寸相同的正方形或圆形子区称之为目标子区，通过一定的搜索方法，并采用一定的相关系数来评价参考子区和目标子区的相似程度。相似程度用相关系数来确定，相关系数的最小值或最大值代表最相关，进而实现物体变形测量。根据假定的子区的变形模式的不同，可将数字图像相关方法划分成一阶数字图像相关方法和二阶数字图像相关方法。前者的子区的变形模式是常应变模式，后者的子区的变形模式是线性应变模式。

众所周知，应变局部化带较为狭窄，而且带内应变分布极不均匀。采用上述传统的数字图像相关方法仅能对应变局部化带应变进行粗略的测量。采用上述传统的数字图像相关方法，获得应变的途径主要包括以下两种：(1)牛顿-拉菲逊(N-R)方法，同时获得物体的位移和应变，但应变的误差较大，一阶数字图像相关方法得到的应变误差比二阶数字图像相关方法的大；(2)中心差分方法，通过对位移场进行中心差分来获得应变场，但位移场中包含的噪声会使应变场的可信度降低，对应变局部化带较窄和带内应变分布极不均匀的情形适用性不强。

在数字图像相关方法中，正方形子区尺寸的选择尤为关键。对于变形较为均匀的情形，可通过选择相对大一些的正方形子区尺寸来获得较为精确的结果，计算量大为增加；对于应变局部化带较窄和带内应变分布极不均匀的情形，正方形子区尺寸不能选择过大，否则会使子区覆盖多种变形模式，这会导致一阶数字图像相关方法和二阶数字图像相关方法均不适用；对于应变局部化带较窄和带内应变分布极不均匀的情形，正方形子区尺寸不能选择过小，否则会使正方形子区内的灰度信息过少，这会导致参考子区和目标子区难以准确匹配，计算精度差。因此，对于应变局部化带较窄和带内应变分布极不均匀的情形，正方形子区尺寸的选择面临两难的境地。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种基于长方形子区的应变局部化带应变的光学测量方法。

本发明的技术方案如下：

一种基于长方形子区的应变局部化带应变的光学测量方法，包括：

步骤1、采集受载过程中物体一个表面的图像；

步骤2、利用数字图像相关方法，获得图像上各测点的位移和应变；

该方法还包括：