[發明專利]一種基于數字圖像處理的含孔板件應力集中系數測量方法

在審

• 申請號: 202010890486.6
• 申請日: 2020-08-29
• 公開（公告）號: CN112255078A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 劉雯雯;李順然;王圓圓;孫嘉璐;李勃然
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00;G01N1/28;G01N1/32;G01B11/16
• 代理公司: 鄭州亦鼎知識產權代理事務所(普通合伙) 41188
• 代理人: 張夏謙

本發明公開了一種基于數字圖像處理的含孔板件應力集中系數測量方法，包括以下步驟：S1：將含孔板件表面進行打磨及拋光處理之后，使用黑、白啞光漆在含孔板件表面噴出散斑；S2：將表面噴出散斑的含孔板件夾持在萬能試驗機上，然后由萬能試驗機對含孔板件施加荷載，同時利用CCD攝像機不斷拍攝取樣，得到不同時刻含孔板件表面的散斑圖；S3：利用圖像處理器對含孔板件變形前后的散斑圖進行比對，獲得全場應變信息；S4：繪制應變曲線圖，得到應力集中系數。本發明的測量裝置簡單、操作方便且計算量較少。

技術領域

本發明涉及涉及彈性力學領域，涉及數字圖像相關技術，具體涉及一種基于數字圖像處理的含孔板件應力集中系數測量方法。

背景技術

應力集中是指物體中應力局部增高的現象，一般出現在物體形狀急劇變化的地方，如缺口、孔洞、溝槽以及有剛性約束處。在應力集中區域，應力的最大值(峰值應力)與物體的幾何形狀和加載方式等因素有關。隨著各向同性的復合材料需求越來越廣泛，各種新型復合材料在推廣應用時，也必須要面對應力集中問題。特別是針對含孔狀結構件制品，其應力集中問題更加突出。

目前國內外的研究人員分析應力集中問題大多采用有限元方法進行模擬分析，例如采用數學解析法和有限元模擬仿真的方法推導有限寬板含孔的應力集中系數。但是有限元方法計算量較大，在實際工程中使用效率不高。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足而提供一種基于數字圖像處理的含孔板件應力集中系數測量方法，測量裝置簡單、操作方便且計算量較少。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：

一種基于數字圖像處理的含孔板件應力集中系數測量方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

S1：將含孔板件表面進行打磨及拋光處理之后，使用黑、白啞光漆在含孔板件表面噴出散斑；

S2：將表面噴出散斑的含孔板件夾持在萬能試驗機上，然后由萬能試驗機對含孔板件施加荷載，同時利用CCD攝像機不斷拍攝取樣，得到不同時刻含孔板件表面的散斑圖；

S3：利用圖像處理器對含孔板件變形前后的散斑圖進行比對，獲得全場應變信息；

S4：繪制應變曲線圖，得到應力集中系數。

進一步的，所述步驟S2中，萬能試驗機以負荷控制的方式進行加載，加載速率為0.5kN/s，加載范圍為0-5kN。

進一步的，所述步驟S2中，CCD攝像機水平對準含孔板件后固定；當萬能試驗機開始施加荷載時，CCD攝像機開始拍攝，直至采集到100張圖片時結束，采集頻率為10張/秒。

進一步的，所述步驟S3中，選取散斑分布均勻的散斑圖；以變形前散斑圖作為參照圖，將其劃分為若干子區；將變形前后散斑圖轉換為灰度圖片，根據灰度值匹配，找出變形后散斑圖各子區位置，并與變形前位置比較，得到各變形后的子區相對于參照圖的位移，得到相應的位移場；由位移場可以進一步計算得到相應的應變場。

進一步的，所述步驟S3具體包括：

在變形前的散斑圖中，選取以所求位移點A(x，y)為中心的一個(2M+1)×(2N+1)像素大小的矩形子區，在變形后的散斑圖中，該矩形子區的位置和形狀變化到B(x’，y’)；變形前的子區圖像用f(x，y)表示，變形后的子區圖像用g(x+u，y+v)表示；將變形前后該矩形子區的圖像灰度f(x，y)、g(x+u，y+v)代入式(3)進行相關計算：

相關系數C值最大時對應的點B即為點A變形后的終點，根據A、B點的坐標確定目標的位移u、v。

進一步的，所述步驟S3中，在圓孔兩側接近邊緣的位置選取兩橫坐標相等且距離接近的點，并選擇多組點進行多次應變分析。