基于径向基函数的高精度变形测量方法研究

摘要

电子散斑干涉方法和数字图像相关方法是较为常用的两种进行物体表面变形测量的现代光测方法。电子散斑干涉法是以条纹图来表现物体的变形形式，通过位相计算得到待测物理量的。数字图像相关方法是一种基于数字图像匹配的方法，通过分析材料或结构变形前后物体表面的数字图像获得被测物体表面的变形信息。这两种方法具有非接触、可实现全场测量的特点，但是其在变形测量精度和应变测量精度上存在一些不足。本文分别对电子散斑干涉方法和数字图像相关方法进行了研究，提出了基于径向基函数的高精度变形测量方法，主要研究成果有三个方面:
　　一、将径向基插值方法与电子散斑干涉法相结合，提出了两种基于径向基函数的条纹滤波方法——预滤波径向基函数方法和基于局部数据的移动径向基函数方法，并讨论了主要参数的选择问题。同时发展了基于径向基函数的位相滤波方法，对采样间隔的选择作了研究。
　　二、将径向基函数与数字图像相关方法相结合，提出了两种应变计算方法:第一种是偏导径向基方法，第二种是径向基函数与局部最小二乘相结合的方法。同时给出了一种新的形状参数选取方法。此外还发展了一种基于梯度熵的径向基函数方法，对计算时原始数据的选取作了研究。
　　三、采用基于径向基函数的高精度变形测量方法对多种材料和结构件进行了实验研究。1、采用振幅波动电子散斑干涉方法和预滤波径向基函数方法对不带缺陷和不同位置带预制裂缝的蜂窝夹芯板的振动特性进行了研究，分析了裂缝对振动特性的影响规律。2、采用电子散斑干涉法对带预制裂缝的三点弯曲梁裂缝尖端应变场进行测量，将径向基函数与位相测量相结合获得了高精度的应变信息。3、提出了一种基于应变变化率的起裂载荷确定方法。通过数字图像相关方法计算出位移，经径向基函数方法滤波处理后采用局部最小二乘方法得到应变场，依据应变随时间的变化率确定出起裂载荷。此外，进一步发展了双K断裂准则。利用应变场信息计算出不同载荷等级时的裂纹扩展长度，依据双K准则对结构的承载力进行了预测。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 电子散斑干涉方法研究

1．2．1 电子散斑干涉方法

1．2．2 干涉条纹图和位相滤波方法

1．3 数字图像相关方法研究

1．3．1 二维数字图像相关法

1．3．2 三维数字图像相关方法

1．4 径向基函数方法

1．5 主要研究内容与章节安排

参考文献

第二章 径向基函数基本理论

2．1 径向基函数概述

2．2 径向基函数基本原理

2．3 径向基函数的可用性

2．4 径向基函数在插值方面的具体表现

2．5 小结

参考文献

第三章 基于ESPI和RBF的变形测量方法

3．1 引言

3．2 电子散斑干涉法基本原理

3．2．1 电子散斑干涉法的典型光路及基本原理

3．2．2 位移和条纹的关系

3．2．3 位相测量

3．3 基于RBF的滤波方法

3．3．1 常见的滤波方法

3．3．2 预滤波RBF方法

3．3．3 基于局部数据的移动RBF

3．4 基于RBF的位相滤波方法

3．4．1 常见的位相滤波方法

3．4．2 RBF位相滤波

3．5 小结

参考文献

第四章 基于DIC和RBF的变形测量方法

4．1 引言

4．2 数字图像相关方法

4．2．1 二维数字图像相关方法

4．2．2 三维数字图像相关方法

4．3 基于RBF的应变计算

4．3．1 PD-RBF方法

4．3．2 RBF与LLS相结合的方法

4．3．3 形状参数β的选择

4．3．4 实验验证

4．4 基于梯度熵的RBF

4．4．1 基本原理

4．4．2 方法验证

4．5 小结

参考文献

第五章 基于RBF的变形测量方法在实验力学中的应用

5．1 蜂窝夹芯板的振动特性测量

5．1．1 振幅波动电子散斑干涉法

5．1．2 测量系统和实验过程

5．1．3 预制裂缝对振动特性的影响

5．2 三点弯曲梁裂缝尖端应变测量

5．2．1 实验设备、材料和实验过程

5．2．2 应变测量结果与分析

5．3 铸铁断裂过程测试与结构承载力分析

5．3．1 铸铁断裂过程测试

5．3．2 结构承载力分析

5．4 小结

参考文献

第六章 总结与展望

6．1 论文主要工作

6．2 论文的创新点

6．3 未来工作展望

致谢

发表的学术论文

参与的科研项目