現(xiàn)代光測(cè)力學(xué)在工程應(yīng)用中的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題研究.pdf

1、科學(xué)研究和工程技術(shù)的飛速發(fā)展對(duì)實(shí)驗(yàn)力學(xué)各種測(cè)試手段的要求越來(lái)越高。傳統(tǒng)的測(cè)試手段，如應(yīng)變片、引伸計(jì)、百分表等，常受制于測(cè)點(diǎn)單一、量程限制、干擾試件變形、耐疲勞性能差等因素，無(wú)法滿足現(xiàn)代工程測(cè)試的需求。作為實(shí)驗(yàn)力學(xué)的分支學(xué)科，現(xiàn)代光測(cè)力學(xué)測(cè)試方法以其無(wú)損傷、非接觸、全場(chǎng)測(cè)量、無(wú)附加質(zhì)量、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，已廣泛應(yīng)用于許多工業(yè)領(lǐng)域。其中，數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)和剪切散斑干涉測(cè)量技術(shù)由于設(shè)備簡(jiǎn)單、精度高、對(duì)測(cè)量環(huán)境要求低，尤

2、其適合于實(shí)際工程測(cè)量。然而，現(xiàn)代光測(cè)力學(xué)在應(yīng)用和推廣的過(guò)程中也面臨著一些問(wèn)題和挑戰(zhàn)，本文針對(duì)其中的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了深入研究，提出了進(jìn)一步提高測(cè)量分辨率和可靠性的新方法。
　　1、提出一種基于光學(xué)引伸計(jì)原理的高分辨率應(yīng)變測(cè)量方法，解決了工程應(yīng)用中面內(nèi)均勻應(yīng)變測(cè)量分辨率低的問(wèn)題。與普通成像設(shè)備不同的是，所提出光學(xué)引伸計(jì)利用兩個(gè)相同的圖像芯片和大像場(chǎng)鏡頭進(jìn)行圖像采集，客觀上通過(guò)增大應(yīng)變計(jì)算標(biāo)距提高了應(yīng)變測(cè)量分辨率。針對(duì)物體表面離面位移

3、的影響而提出了修正片方法，對(duì)測(cè)量所得應(yīng)變進(jìn)行修正，消除了離面位移引入的虛假應(yīng)變，使得面內(nèi)應(yīng)變測(cè)量的分辨率達(dá)到2～3με。并成功將此方法應(yīng)用于竹膠合薄板彈性模量測(cè)量和基于環(huán)芯法的混凝土現(xiàn)存應(yīng)變測(cè)量，均取得了很好的效果。
　　2、針對(duì)工程測(cè)試中面內(nèi)非均勻變形測(cè)量分辨率低的問(wèn)題，提出了一種超分辨率數(shù)字圖像采集方法以獲取高分辨率數(shù)字圖像用于數(shù)字圖像相關(guān)運(yùn)算，提高了非均勻變形測(cè)量的分辨率。通過(guò)在遠(yuǎn)心鏡頭前放置平板玻璃并進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)使被測(cè)光場(chǎng)和采

4、集圖像產(chǎn)生相應(yīng)的亞像素平移，再將序列亞像素平移圖合成為高分辨率的數(shù)字圖像，增大了成像系統(tǒng)的分辨率。將合成的數(shù)字圖像用于相關(guān)運(yùn)算，獲得更高的應(yīng)變和位移測(cè)量分辨率。分別通過(guò)數(shù)值模擬和面內(nèi)旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，證實(shí)了該方法的有效性。
　　3、激光干涉測(cè)量技術(shù)測(cè)量離面位移由于需要隔震條件無(wú)法用于工程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，因而本文提出了基于剪切散斑干涉的離面位移測(cè)量方法。剪切散斑干涉法擁有波長(zhǎng)量級(jí)的靈敏度同時(shí)對(duì)隔震和測(cè)量環(huán)境要求不高，適用于工程應(yīng)用中的精密

5、測(cè)量。為了將剪切散斑干涉法應(yīng)用于離面位移測(cè)量，提出了雙剪切散斑干涉光路來(lái)測(cè)量?jī)烧环较虻碾x面位移梯度場(chǎng)，之后運(yùn)用兩步積分法從種子點(diǎn)開(kāi)始積分兩次獲得全場(chǎng)的相對(duì)離面位移。數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)均說(shuō)明測(cè)量結(jié)果不受種子點(diǎn)位置和積分初始方向的影響，與電子散斑干涉測(cè)量結(jié)果的對(duì)比證實(shí)了本方法的高靈敏度和可靠性，為工程應(yīng)用中離面位移的精密測(cè)量提供新的途徑。
　　4、編寫了基于剪切散斑干涉法的圖像采集和相移控制軟件，使用多線程技術(shù)實(shí)現(xiàn)了圖像實(shí)時(shí)顯示、改變輸