[發明專利]一種基于長方形子區的應變局部化帶應變的光學測量方法

有效

• 申請號: 201710363658.2
• 申請日: 2017-05-22
• 公開（公告）號: CN107144230B
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 王學濱;侯文騰;董偉;李順利;曹思雯
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 胡曉男

一種基于長方形子區的應變局部化帶應變的光學測量方法，采集受載過程中物體一個表面的圖像，獲得圖像上各測點的位移和應變；選擇一條待測應變局部化帶，在第一張圖像上選定待測應變局部化帶的測量區域，獲得待測應變局部化帶的傾角；在其他各張圖像上確定與測量區域有關的包含待測應變局部化帶的區域，將測量區域和包含待測應變局部化帶的區域旋轉相同的角度，使該區域內的待測應變局部化帶水平或垂直；布置測線和若干測點，設置長方形子區；獲得當前坐標系下多條測線上的線應變、剪切應變分布規律，將當前坐標系下的應變轉換為原坐標系下的應變。本發明對應變局部化帶較窄和帶內應變分布極不均勻的情形，可較好地測量帶內應變場的時空分布規律。

技術領域

本發明涉及光學測量技術領域，具體涉及一種基于長方形子區的應變局部化帶應變的光學測量方法。

背景技術

應變局部化是在材料破壞之前觀察到的極不均勻的應變集中于狹窄的帶狀區域的現象。應變局部化出現在宏觀裂紋之前，是材料重要的破壞前兆之一。通過研究應變局部化帶內部應變場的時空分布規律，有利于深刻認識材料的變形、破壞及失穩機理，并提出各種判據，亦可為有關的解析和數值模型提供必要的基礎參數，或用于檢驗這些模型的正確性。

數字圖像相關方法是光學測量方法中的一種重要方法，是對變形前后采集的物體表面的兩幅圖像(散斑場)進行相關處理，以實現物體變形測量。目前，數字圖像相關方法廣泛用于應變局部化現象的測量。在數字圖像相關方法中，在最開始的圖像中選取的以待求點為中心的正方形子區(正方形子區最為常見)或圓形子區(圓形子區較為少見)稱之為變形前子區或參考子區，在其后的各幅圖像中選取的子區尺寸相同的正方形或圓形子區稱之為目標子區，通過一定的搜索方法，并采用一定的相關系數來評價參考子區和目標子區的相似程度。相似程度用相關系數來確定，相關系數的最小值或最大值代表最相關，進而實現物體變形測量。根據假定的子區的變形模式的不同，可將數字圖像相關方法劃分成一階數字圖像相關方法和二階數字圖像相關方法。前者的子區的變形模式是常應變模式，后者的子區的變形模式是線性應變模式。

眾所周知，應變局部化帶較為狹窄，而且帶內應變分布極不均勻。采用上述傳統的數字圖像相關方法僅能對應變局部化帶應變進行粗略的測量。采用上述傳統的數字圖像相關方法，獲得應變的途徑主要包括以下兩種：(1)牛頓-拉菲遜(N-R)方法，同時獲得物體的位移和應變，但應變的誤差較大，一階數字圖像相關方法得到的應變誤差比二階數字圖像相關方法的大；(2)中心差分方法，通過對位移場進行中心差分來獲得應變場，但位移場中包含的噪聲會使應變場的可信度降低，對應變局部化帶較窄和帶內應變分布極不均勻的情形適用性不強。

在數字圖像相關方法中，正方形子區尺寸的選擇尤為關鍵。對于變形較為均勻的情形，可通過選擇相對大一些的正方形子區尺寸來獲得較為精確的結果，計算量大為增加；對于應變局部化帶較窄和帶內應變分布極不均勻的情形，正方形子區尺寸不能選擇過大，否則會使子區覆蓋多種變形模式，這會導致一階數字圖像相關方法和二階數字圖像相關方法均不適用；對于應變局部化帶較窄和帶內應變分布極不均勻的情形，正方形子區尺寸不能選擇過小，否則會使正方形子區內的灰度信息過少，這會導致參考子區和目標子區難以準確匹配，計算精度差。因此，對于應變局部化帶較窄和帶內應變分布極不均勻的情形，正方形子區尺寸的選擇面臨兩難的境地。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提出一種基于長方形子區的應變局部化帶應變的光學測量方法。

本發明的技術方案如下：

一種基于長方形子區的應變局部化帶應變的光學測量方法，包括：

步驟1、采集受載過程中物體一個表面的圖像；

步驟2、利用數字圖像相關方法，獲得圖像上各測點的位移和應變；

該方法還包括：