基于DIC的桨叶静载变形及刚度测量技术研究

摘要

桨叶是直升机的重要组成部件，在直升机飞行状态下桨叶承受着复杂的载荷。桨叶的变形以及桨叶剖面的扭转刚度、摆振刚度和挥舞刚度对直升机旋翼系统的力学特性有很大的影响。目前，测量桨叶变形和剖面刚度的方法主要有激光三角法、电阻应变片法等，这些方法测量精度和可靠性低。本文提出一种基于计算机视觉和数字图像相关的测量方法。使用数字图像相关重建加载前后的桨叶三维表面，获得加载前后的桨叶变形，进而分析计算桨叶剖面的扭转刚度、摆振刚度和挥舞刚度。
　　本文深入研究了基于数字图像相关的桨叶静载变形及刚度测量的各项关键技术，主要的研究内容和创新点包括：
　　1深入研究了三维数字图像相关算法。详细研究了数字图像相关中的位移模式、相关函数、优化方法、亚像素插值方法和生长匹配方法等，并编程实验了经典的DIC方法。针对经典的 DIC方法匹配速度较慢的缺点，本文使用了逆向合成匹配策略和高斯-牛顿优化算法结合的DIC方法，并改进了生长匹配方法，从而提高了DIC方法的匹配速度。
　　2研究了基于三维DIC的应变测量方法，提出了基于网格技术的表面应变算法。本文采用的是基于双目立体视觉的三维DIC方法，重建出材料变形前后的稠密三维表面点，这与板料冲压中在板料表面制备的正交网格类似。本文以此为基础提出了基于非正交网格的应变计算方法。
　　3深入分析了直升机桨叶的扭转变形、摆振变形和挥舞变形，建立了扭转模型和弯曲模型，并根据模型推导出了扭转刚度、摆振刚度和挥舞刚度计算公式。
　　4对桨叶变形和刚度测量理论及算法进行了实验验证，统计了重复误差，分析了误差的来源。
　　实验结果表明，本文提出的基于DIC和非正交网格技术的应变测量方法具有可行性；本文方法测量剖面的扭转刚度、挥舞刚度和摆振刚度都具有较高的重复精度，能够作为激光三角法和应变片方法的补充或替代方法。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 复合材料桨叶变形和刚度测量研究概述

1.3 DIC的国内外研究概述

1.4 论文的研究目的和主要研究内容

第二章 三维数字图像相关方法

2.1 引言

2.2 摄像机成像模型

2.3 数字图像相关基本原理

2.4 快速DIC

2.5 实验比较两种DIC方法速度

2.6 本章小结

第三章 基于DIC的全场应变测量

3.1 应变场测量概述

3.2 全场应变测量

3.3 复合材料直升机桨叶弯曲变形实验

3.4 本章小结

第四章 复合材料桨叶的剖面刚度计算

4.1 引言

4.2 扭转刚度

4.3 挥舞刚度和摆振刚度

4.4 变形量的计算

4.5 本章小结

第五章 测量实验与实验结果分析

5.1 测量系统硬件的组成

5.2 测量系统软件结构

5.3 测量实验

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 研究工作的总结

6.2 研究工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文