[发明专利]基于数字图像关联性的面外应变测量方法

说明书

本发明属于复合材料应力应变测量技术领域，提供了基于数字图像关联性的面外应变测量方法。该方法首先根据实验方案开展试验，而且为保证镜头与试件之间的距离保持不变，需将相机和力传感器关联，让它们同时运动，对试件缓慢加载，同时按下相机快门，试验过程中相机快门一直未松开，直至加载结束。试验结束后，获得变形前后的图像与试验数据，编写算法进行计算搜索变形后的点的位置，从而获得试件的变形信息（位移和应变），通过划分区域进行双线性插值得到试件任意一点的应变值，最后根据应变值的正负和大小设置颜色的深浅便得到了试件的应变云图。该方法操作方便，而且可以适用于较复杂结构的变形测量中，提高了计算效率也扩大了适用范围。

技术领域

本发明属于复合材料应力应变测量技术领域，涉及一种基于数字图像关联性（DIC）的面外应变测量方法。

背景技术

应变的测量一直是结构工程发展的核心。随着世界各地的结构达到其预期使用寿命的终点，需要更强大的测量技术，并且结合数值模型来确定这些结构是否仍然适用。传统的变形测量方法主要包括使用引伸计、位移计、应变仪等，对于以上工具，只能将其布置在待测件关键位置进行点测量，而且布线复杂，仅能够提供有限数量的离散点的测量，这通常不足以评估复杂结构，所以说存在一定的局限性。数字图像处理的方法可以很大程度的改善这些弊端，数字图像处理是通过对待测件进行人工散斑的制作，然后对变形前后的图片进行计算得到全场位移和变形信息。目前进行的多项研究都是有关金属材料拉伸试验件的数字图像处理方法，这是因为拉伸试验件在变形过程中，试验件与相机的距离始终不变，而试验件除了会发生拉伸变形之外还会存在压缩变形，所以需要开发一定的测量系统解决压缩试验件的变形。

本发明针对传统测量工具以及拉伸试验件的数字图像处理方法所存在的问题，先对复合材料压缩试验件表面进行人工散斑的制作，尽量保证散斑随机分布，然后搭建试验台进行压缩试验件变形图片的采集，同时利用激光传感器和力传感器记录某一特征点的力和位移信息，在试验件的某几个点粘贴应变片并连接应变仪进行试验测量应变以验证数字图像处理测量压缩试验件变形的可行性并计算误差，得到试验件变形前后的图片以后，通过对图片进行预处理进而导入VS中的MFC处理界面进行变形的计算，最终输出应变云图，如果想要得到应力云图，则需带入复合材料构件的层合板的刚度矩阵进行求解。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提出一种测基于数字图像关联性的面外应变测量方法。

本发明的技术方案：

一种基于数字图像关联性的面外应变测量方法，步骤如下：

第一步：进行复合材料压缩试验件的变形试验以获取试验数据以及样件变形前后的图片

（1）制作压缩试验件的人工散斑：为保证后续处理结果的准确性，在制作散斑时需尽量保证散斑分布的随机性，由于使用的复合材料压缩试验件为碳纤维复合材料，在制作散斑时喷涂的是白色的漆，并标记好需要施加载荷的承力点的位置；在复合材料压缩试验件表面选择几处位置粘贴应变片以记录在加载过程中试验件发生的应变；

（2）实验设备的搭建：将试验件通过铝片和螺钉固定在试验台上，将制作人工散斑的表面朝上，用磁力吸座夹持激光传感器，先确定激光传感器能测量的范围，调整磁力吸座的高度，并将光源对准事先标记好的施加载荷的承力点，将磁力吸座通过脚架固定在铝型材上，将力传感器的导轨先固定在试验台上，移动导轨使力传感器的加载头对准试验件上标记好的承力点，最后将相机固定在三脚架上，调整云台使相机镜头对准试验件的散斑部分，并调整好焦距，准备开始试验，考虑到试验件在压缩过程中，试验件与相机镜头的距离随着压缩距离的增大而增大，因此，将相机与力传感器的加载头夹持装置关联使它们同步移动，保证在测量过程中不会因为实验装置本身的误差造成实验结果的不准确；在调整相机的过程中需保证相机能拍摄到的图片体现力传感器以及位移传感器的读数；