發(fā)布時間：2020-05-25 21:03

【摘要】：數(shù)字圖像相關(Digital Image Correlation,DIC)是一種基于可見光照明的位移應變測量技術,由于該方法能夠實現(xiàn)非接觸式的全場測量,同時對測量環(huán)境的要求較低,因此近年來被頻繁應用于高溫材料力學性能的測試與研究中,尤其在航空航天、發(fā)動機和船舶等領域有著十分廣泛的應用。但由于高溫環(huán)境本身的復雜性,存在著很多影響測量精度的因素,其中熱氣流擾動的存在對數(shù)字圖像相關方法的影響尤為明顯。為了提高DIC在高溫環(huán)境下的測量精度,針對這些影響因素,本文進行了相關補償方法和熱擾動消除方法的研究,搭建了一套高溫DIC測量系統(tǒng)并將其應用在材料高溫力學性能測試中,同時通過位移和應變實驗驗證了提出方法的準確性和可行性。具體研究工作如下:(1)介紹了DIC方法的技術原理及基本概念,分析研究了常用的整像素定位和亞像素搜索算法,并選擇了系統(tǒng)適用的相關搜索算法組合;(2)研究分析了熱透鏡效應對高溫測量的影響,提出一種基于可調反射鏡的補償方法,在DIC系統(tǒng)中加入一面可調整角度的反射鏡對由熱透鏡效應引起的x、y方向位移偏移量加以補償。(3)提出了一種新的熱擾動誤差消除方法,利用彩色相機將熱擾動誤差從實際測量結果中分離出來,再建立數(shù)學模型,對熱流場中被測物的測量結果進行修正。(4)基于Visual Studio 2010和Opencv編譯環(huán)境編寫了一套DIC測試軟件,并自主搭建了DIC高溫測量系統(tǒng),并進行實驗研究。通過分析剛體位移實驗、拉伸實驗和高溫拉伸實驗的數(shù)據(jù)結果,驗證了系統(tǒng)的準確性和有效性。
【圖文】：

主要介紹了數(shù)字圖像相關技術的基本原理，相關函數(shù)及形變函數(shù)模型，速 ZNCC 算法和反向組合算法的詳細推導過程并選用其作為本文的相關組合。數(shù)字圖像相關基本原理數(shù)字圖像相關方法是通過相機采集噴涂黑白散斑的被測試樣變形過程中像序列，并對其進行相關計算，，圖像序列中的第一幅圖像稱為參考圖像像稱為變形圖像。由于散斑隨機生成，因此某塊子區(qū)域內(nèi)的灰度特征就指紋一樣具有唯一性。數(shù)字圖像相關技術的基本原理，是基于被測物體表面灰度場的特征匹配來獲取位移應變等三維信息。其原理圖如圖 2.1 所圖案匹配的過程，就是在變形圖像上找到與參考圖像上的點 0 P x ,0 0 , y )相關系數(shù)最大的點' ' '0 0P ( x , y )和' ' '1 1Q ( x , y )。 計算時，由于單一像素信息重復概率較高，無法準確地實現(xiàn)一對一的匹配，因此需要在參考圖大小為(2m 1) (2m 1)的正方形子區(qū)域，對每一張變形圖像采用相關公與參考圖像上各點相關系數(shù)最大的位置，通過各對應點像素坐標的相對相機的標定數(shù)據(jù)計算出相應的位移和應變值。

保證測量精度的同時盡可能地減小計算量，縮短匹配時間。變函數(shù)模型實際的變形測量中，參考子區(qū)域的散斑圖像不僅僅會發(fā)生剛體位移生旋轉、扭曲、拉伸和剪切等變形，造成子區(qū)域形狀產(chǎn)生不規(guī)則的致匹配過程中的相關系數(shù)降低，出現(xiàn)匹配誤差甚至找不到目標區(qū)域線性變形對數(shù)字圖像相關測量的影響，我們引入了形變函數(shù)模型，數(shù)從彈性力學有限變形理論來分析散斑圖像的變形情況。階形函數(shù)對應的變形模式即是剛體位移，其假設參考子區(qū)域沿 x 或'0 0'0 0x x uy y v 式中，u ，v分別表示參考子區(qū)域中心點沿 x 和y方向的位移量。階形函數(shù)對應的變形模式包括剛體位移，旋轉，扭曲，拉伸和剪切數(shù)變換又稱仿射變換，其變形示意圖如圖 2.2 所示。
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP391.41;TB34

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本文編號：2680743