[发明专利]一种水洞实验用结构二维瞬态弯曲和扭转变形测量方法

说明书

本发明涉及一种水洞实验用结构二维瞬态弯曲和扭转变形测量方法，属于水动力学实验的变形测量技术领域。本发明基于高速摄像机、近摄接圈、超微距镜头和微距仪实现小区域变形图像拍摄，基于激光多普勒测振仪实现变形图像同步，最终通过最大互相关算法等数据处理方法，获得结构二维瞬态弯曲和扭转变形。本发明的一种水洞实验用结构二维瞬态弯曲和扭转变形测量方法，可以准确获得水翼尖端瞬态弯曲和扭转变形，为深入分析流固耦合现象提供了数据支持。本发明的一种水洞实验用结构二维瞬态弯曲和扭转变形测量方法，可以提高对结构微小变形的分辨效果，适用于各种材料属性结构的二维变形测量。

技术领域

本发明涉及一种水洞实验用结构二维瞬态弯曲和扭转变形测量方法，属于水动力学实验的变形测量技术领域。

背景技术

先进复合材料在海洋船舶等领域的应用，使得复合材料结构变形与流体的相互影响规律，即流固耦合特性，成为诸多学者的重点研究对象。因此，建立一种水洞实验用结构二维瞬态弯曲和扭转变形测量方法，为结构流固耦合特性的研究提供了数据基础，更具有实验科学价值和意义。

国内外学者一般采用非接触式方法对在水中的结构变形进行测量，即光学测量方法，以减少测量装置对实际流场的影响。而目前最先进的光学测量方法为激光测量技术，其包括激光测距仪和激光多普勒测振仪。激光测距仪的原理是利用激光传输时间差来获得变形，但受到不同介质的折射影响，使所测量的结果误差较大。而激光多普勒测振仪是利用多普勒效应来获得结构振动速度，进而获得结构变形，但该方法只能测得水中结构的单点位移，无法获得精确的结构扭转变形。此外，还有基于散斑技术的结构变形测量方法，包括二维和三维散斑测量。使用散斑测量技术，可以直接获得结构的位移场，从而获得结构的弯曲和扭转变形，但其测量精度受喷涂的散斑图案和选择的数据处理方法影响极大，难度和成本都较高，同时三维散斑测量结果也受到不同介质的折射影响。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种水洞实验用结构二维瞬态弯曲和扭转变形测量方法，该方法能够准确测量水洞实验中结构二维瞬态弯曲和扭转变形，且成本较低。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种水洞实验用结构二维瞬态弯曲和扭转变形测量方法，具体步骤如下：

步骤一、采用高速摄像机拍摄标记点A为中心的小区域的实时状态图像；

步骤二、采用多普勒测振仪在预设位置处获得振动数据；

步骤三、同步触发高速摄像机和激光多普勒测振仪，将拍摄图像和结构振动数据同时存储进上位机中；形成照片与振动数据的对应关系；

步骤四、调节工况，完成多个工况下标记点A的变形图像拍摄；

步骤五、激光多普勒测振仪位置不变，移动高速摄像机位置，使拍摄区域转移至另一个以标记点B为中心的小区域；重复步骤三、四完成标记点B小区域的信息采集；

步骤六、通过对同一工况下的两个标记点A和B的图像进行处理；使用最大互相关算法计算得到图片中不同部分图像与参考图像的互相关系数ρ：

其中，C为参考图像的灰度值矩阵。S_x,y为图片中与参考图像相同大小的部分图像灰度值矩阵，cov(S_x,y,C)代表S_x,y和C的协方差，D代表C的方差，D_x,y为S_x,y的方差。

取互相关系数ρ最大值所对应的部分图像中心y坐标与参考图像中心y坐标的差，计算标记点随时间的像素位移：

其中，S_x,y(max(ρ))代表与参考图像互相关系数最大的部分图像灰度值矩阵，Y为对应图像中心的y坐标，n代表标记点像素位移。