基于有限元位移模式的數(shù)字圖像相關(guān)方法及其應(yīng)用研究

1、 基于有限元位移模式的 基于有限元位移模式的數(shù)字圖像相關(guān)方法 數(shù)字圖像相關(guān)方法及其應(yīng)用 應(yīng)用研究 研究 Research and application of digital image correlation method based on finite element formulation 學(xué)科專(zhuān)業(yè)：固體力學(xué) 研 究 生：吉建民 指導(dǎo)教師：陳金龍 教授 天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 二零一二年十二月 摘 要 數(shù)字圖像相關(guān)方法是從上

2、個(gè)世紀(jì)八十年代初發(fā)展起來(lái)的一種現(xiàn)代光測(cè)力學(xué)方法。 它具有非接觸、 全場(chǎng)測(cè)量、 對(duì)測(cè)試環(huán)境要求低、 光路簡(jiǎn)單、 測(cè)量視場(chǎng)可調(diào)、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，并可結(jié)合顯微鏡實(shí)現(xiàn)材料多尺度力學(xué)行為測(cè)試。可以說(shuō)，數(shù)字圖像相關(guān)方法是當(dāng)前最活躍、 最具有廣闊應(yīng)用前景的光測(cè)技術(shù)之一。 本文將進(jìn)一步研究數(shù)字圖像相關(guān)方法改進(jìn)和應(yīng)用拓展。 本文提出的基于有限元位移模式的數(shù)字圖像相關(guān)方法即子區(qū)位移模式選擇有限元理論中的連續(xù)單元和不連續(xù)單元的位移模式。 對(duì)于連續(xù)子區(qū)，

3、詳細(xì)研究了子區(qū)位移模式取 4、8、9、12、16 節(jié)點(diǎn)單元時(shí)，數(shù)字圖像相關(guān)方法的測(cè)試精度；針對(duì)均勻拉伸變形場(chǎng)和裂紋尖端附近變形場(chǎng)測(cè)試， 提出了子區(qū)位移模式的最優(yōu)選擇方案： 均勻拉伸變形場(chǎng)測(cè)試應(yīng)采用 4 節(jié)點(diǎn)單元位移模式， 裂尖附近變形場(chǎng)測(cè)試應(yīng)采用 9 節(jié)點(diǎn)單元位移模式。 對(duì)于不連續(xù)子區(qū)， 提出了子區(qū)迭代區(qū)域的選擇方案，有效避免了因裂紋附近亞像素插值錯(cuò)誤導(dǎo)致迭代不收斂現(xiàn)象。 詳細(xì)研究了基于有限元位移模式的數(shù)字圖像相關(guān)方法測(cè)試航空復(fù)合材料的

4、彈性常數(shù)的可行性。依據(jù) ASTM 標(biāo)準(zhǔn)提出了平均應(yīng)變最優(yōu)測(cè)試方法：基于引伸計(jì)原理的兩點(diǎn)法，這使得其測(cè)試精度可達(dá)到 50 µε ，完全滿足航空復(fù)合材料的測(cè)試要求。 同時(shí)應(yīng)用數(shù)字圖像相關(guān)方法和電測(cè)法測(cè)試了三種不同航空復(fù)合材料的彈性常數(shù)，結(jié)果表明這兩種方法測(cè)得的結(jié)果相對(duì)誤差較小，應(yīng)力-應(yīng)變曲線基本重合， 數(shù)字圖像相關(guān)方法能很好的反應(yīng)航空復(fù)合材料的應(yīng)變響應(yīng)， 并能精確測(cè)試其彈性常數(shù)。 最后本文應(yīng)用基于有限元位移模式的數(shù)字圖像相關(guān)方法測(cè)