[發(fā)明專利]旋轉(zhuǎn)參考光偏振方向的數(shù)字全息光彈二維應(yīng)力場(chǎng)檢測(cè)方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910094280.6
• 申請(qǐng)日: 2009-03-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101509813A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-08-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李俊昌;許蔚;張亞萍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L1/24
• 分類號(hào): G01L1/24
• 代理公司: 昆明正原專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 金耀生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及力學(xué)參量測(cè)量的技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種旋轉(zhuǎn)參考光偏振方向的數(shù)字全息光彈二維應(yīng)力場(chǎng)檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

在力學(xué)分析中，應(yīng)力是最基本的力學(xué)量，而求解試件的應(yīng)力場(chǎng)，可以采用理論分析、模擬計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)試的方法。理論分析和模擬計(jì)算方法已經(jīng)解決了許多力學(xué)問(wèn)題，但是在建立理論和計(jì)算模型時(shí)，曾作過(guò)一些假設(shè)和簡(jiǎn)化，因此必須用實(shí)驗(yàn)加以檢驗(yàn)；或是一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)，理論分析和模擬計(jì)算求解應(yīng)力場(chǎng)非常困難，實(shí)驗(yàn)方法就顯得更加重要，甚至是唯一的手段；對(duì)于許多新材料，也必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)積累研究資料。因此可以看出，通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段獲得試件的應(yīng)力場(chǎng)是力學(xué)研究中非常重要的基礎(chǔ)工作。

在二維應(yīng)力場(chǎng)測(cè)試技術(shù)中，全息光彈方法采用透射全息照相技術(shù)，利用全息干涉不僅能獲得反映主應(yīng)力方向的等傾線、反映主應(yīng)力差的等差線，而且能測(cè)得反映主應(yīng)力和的等和線，以及反映絕對(duì)光程差的等程線，由此試件模型上各點(diǎn)的應(yīng)力分量就可以通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算而獨(dú)立地求得。

但是全息光彈方法中等差線條紋與等和線條紋同時(shí)出現(xiàn)，互相影響，不便于測(cè)量。目前有一些分離這兩組條紋的方法，如雙模型法、旋光法和反光干涉法。但是雙模型法需要制作兩個(gè)材料不同，尺寸相同的模型，并在完全相同的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，增加了實(shí)驗(yàn)的難7度和誤差；旋光法需要加入石英旋光器，光路復(fù)雜，調(diào)整困難，誤差大；反光干涉法需要在模型表面涂反射層，光路也很復(fù)雜，同時(shí)等差線容易變形。此外，傳統(tǒng)的全息光彈方法還需要通過(guò)連續(xù)加載法、補(bǔ)償法、旋轉(zhuǎn)偏振鏡法等確定各種條紋的級(jí)數(shù)，進(jìn)一步加大了實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜性。

可以看出，現(xiàn)有的全息光彈方法處理過(guò)程復(fù)雜，容易引入誤差，仍不能完全滿足二維應(yīng)力場(chǎng)測(cè)試的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種簡(jiǎn)便易行，并能精確檢測(cè)的旋轉(zhuǎn)參考光偏振方向的數(shù)字全息光彈二維應(yīng)力場(chǎng)檢測(cè)方法。

本發(fā)明的方法包括以下步驟：

(1)采用傳統(tǒng)的數(shù)字全息光彈方法光路，利用CCD拍攝光彈試件在加載前的全息圖像。旋轉(zhuǎn)參考光的偏振方向，在四個(gè)不同的參考光偏振位置拍攝四幅數(shù)字全息圖。

(2)使用同樣光路，拍攝光彈試件在加載后的全息圖像。保持載荷不變，旋轉(zhuǎn)參考光的偏振方向，在與加載前對(duì)應(yīng)的四個(gè)不同的參考光偏振位置拍攝四幅數(shù)字全息圖。

(3)對(duì)CCD記錄的加載前后共四對(duì)數(shù)字全息圖進(jìn)行傅里葉變換、濾波及反變換，可以獲得四個(gè)光強(qiáng)方程，這些方程與主應(yīng)力等程線、等差線和主應(yīng)力方向有關(guān)。

(4)數(shù)值求解這四個(gè)光強(qiáng)方程，可以精確獲得二維應(yīng)力場(chǎng)的兩個(gè)主應(yīng)力值和主應(yīng)力方向。

本發(fā)明提出的旋轉(zhuǎn)參考光偏振方向的數(shù)字全息光彈二維應(yīng)力場(chǎng)檢測(cè)方法，可以精確獲得二維應(yīng)力場(chǎng)的主應(yīng)力值和主應(yīng)力方向。具體優(yōu)點(diǎn)是：a)可以直接求解二維應(yīng)力場(chǎng)，不需要分離等差線條紋與等和線條紋；b)方法簡(jiǎn)單，不需要已有技術(shù)以外的實(shí)驗(yàn)裝置或?qū)嶒?yàn)?zāi)Ｐ停籧)不需要確定條紋級(jí)數(shù)，減少了實(shí)驗(yàn)的難度和誤差。

附圖說(shuō)明

圖1是數(shù)字全息光彈方法的光路示意圖。

圖1中，1是激光，2是半反半透鏡，3是反射鏡，4是擴(kuò)束鏡，5是準(zhǔn)直鏡，6是偏振片，7是試件模型，8是成像透鏡，9是半反半透鏡，10是CCD攝像機(jī)，11是偏振片，12是準(zhǔn)直鏡，13是擴(kuò)束鏡，14是反射鏡。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的通過(guò)旋轉(zhuǎn)參考光偏振方向，采用數(shù)字全息光彈檢測(cè)二維應(yīng)力場(chǎng)的方法，是根據(jù)傳統(tǒng)的數(shù)字全息光彈方法光路，利用CCD拍攝光彈試件在加載前的全息圖像，期間旋轉(zhuǎn)參考光的偏振方向，在四個(gè)不同的參考光偏振位置拍攝四幅數(shù)字全息圖；然后使用同樣光路，拍攝光彈試件在加載后的全息圖像。期間保持載荷不變，旋轉(zhuǎn)參考光的偏振方向，在與加載前對(duì)應(yīng)的四個(gè)不同的參考光偏振位置拍攝四幅數(shù)字全息圖。對(duì)CCD記錄的加載前后共四對(duì)數(shù)字全息圖進(jìn)行傅里葉變換、濾波及反變換，可以獲得四個(gè)光強(qiáng)方程，數(shù)值求解這四個(gè)光強(qiáng)方程，可以精確獲得二維應(yīng)力場(chǎng)的兩個(gè)主應(yīng)力值和主應(yīng)力方向。

以下為本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明：

本發(fā)明方法的二維應(yīng)力場(chǎng)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)光路如圖1所示，加載前試件模型內(nèi)無(wú)應(yīng)力，透過(guò)光彈模型的物光可用如下復(fù)數(shù)形式表示：

U_o＝A_uexp[i(φ+φ₀)]?????????????????(1)

式中，A_u為照明物光振幅，φ₀為經(jīng)過(guò)無(wú)應(yīng)力試件的相位變化。

加載后試件模型內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，令單位矢量代表各點(diǎn)的主應(yīng)力方向，透過(guò)光彈模型的物光矢量可用如下復(fù)數(shù)形式表示：