[发明专利]基于图像自动分区的非均质材料多参数反演方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于图像自动分区的非均质材料多参数反演方法及装置，方法包括：制作散斑试件，将散斑试件固定在试验机上，采集原始散斑图像，通过试验机向散斑试件施加第一载荷，采集M幅第一散斑图像；计算位移场，排除刚体平动和刚体转动，得到M幅校正后的第二散斑图像；在原始散斑图像上选取待测范围；根据位移场计算应变梯度，自动将待测范围划分为第一区域至第N区域，分别计算第一区域至第N区域的弹塑性本构参数。通过计算应变梯度自动将待测范围划分为多个区域，能够在一次加载实验中自动完成待测范围的区域划分，无需在加载试验前通过硬度测试等方法进行人工分区，简化非均质材料弹塑性本构参数测量的过程。

技术领域

本发明涉及实验力学中光学测量技术领域，更具体地，涉及一种基于图像自动分区的非均质材料多参数反演方法及装置。

背景技术

在经典的参数反演方法中，试件通常是均质材料，即待测试件全部区域的材料参数是一致的。但是在实际应用中，试件不同区域的材料属性可能存在差别，比如焊接材料等。目前，申请公布号为CN102778403A的专利提出一种焊缝材料参数识别方法，该方法首先需要依据硬度试验结果对材料进行分区，再进行拉伸试验，采用数字图像相关技术设备获取拉伸试件各区实时全场主、次应变值；根据所获得的硬度值和主、次应变值，通过塑性力学公式计算得到焊缝各区的材料参数，并结合有限元仿真验证准确性。申请公布号为CN102288499A提出一种识别焊缝不同区域材料静态力学性能参数的检测方法，该方法根据压痕试验有限元数值模型的模拟结果与对应的实验结果，形成焊缝不同区域处的目标响应函数优化数学模型；结合优化遗传算法,对所选的目标响应函数进行迭代，从而求出焊缝不同区域的静态力学性能参数。申请公布号为CN108281193A提出一种股骨头力学仿真模拟模型处理方法，该方法通过密度值将股骨头非均质材料仿真模拟单元均等划分为多个部分，对股骨头仿真模拟单元采用压缩线性强化弹塑性本构和拉伸线性强化弹塑性本构。对仿真结果进行提取和分析，得到压缩屈服点的应变、拉伸屈服点的应变和拉伸断裂点的应变。但现有的方法对于非均质材料参数测量存在实验过程复杂，需要人工分区，获取的材料参数不够全面，只利用一个时刻位移场变形信息导致精度较低等问题。

因此，提供一种能够快速而精确地对非均质材料自动分区的基于图像自动分区的非均质材料多参数反演方法及装置是亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于图像自动分区的非均质材料多参数反演方法，包括：

制作散斑试件，所述散斑试件包括散斑标记点；

将所述散斑试件固定在试验机上，采集所述散斑试件变形前的原始散斑图像，通过所述试验机向所述散斑试件施加第一载荷，采集所述散斑试件在弹塑性段内的变形过程中的M幅第一散斑图像，所述弹塑性段包括弹性阶段和塑性阶段，M为正整数；

根据所述原始散斑图像和M幅所述第一散斑图像计算所述散斑试件在变形过程中的位移场，排除刚体平动和刚体转动，得到M幅校正后的第二散斑图像；

在所述原始散斑图像上选取待测范围；

根据所述位移场计算所述待测范围内的应变梯度，根据所述应变梯度自动将所述待测范围划分为多个区域，多个所述区域包括第一区域至第N区域；

依次选定所述第一区域至所述第N区域，按照以下方法分别得到所述第一区域至所述第N区域的弹塑性本构参数：

选定待测区域，以所述散斑试件的待测弹塑性本构参数为待优化量，按照以下方式定义所述待测区域的迭代初始值p_i,0：

p_i,0＝[E,v,A,B,n]_i,0，

其中，p_i,0为所述迭代初始值，E为弹性模量，v为泊松比，A为屈服强度，B为硬化系数，n为硬化指数；