光弹性应力分析的数据自动采集和图像处理及弹塑性问题的混合解法

摘要

众所周知,光弹性应力分析已是比较成熟的结构应力分析方法,但由于实验材料等因素的限制,使光塑性的研究陷入了困境.该文的目的就是要探索一种求解小变形弹塑性问题的光弹性应力分析方法.基于这种设想,主要做了两方面的工作:一是实现了利用光弹性实验的弹性解,结合弹塑性力学模型理论和塑性力学形变理论,求解弹塑性问题的混合解法;二是将上述方法与计算机的图像处理系统相结合,实现方法上的进一步突破.结构弹塑性分析的弹性解法是以弹塑性力学的模型理论和塑性力学形变理论为基础的,具体做法是利用实际工程中由实验或者计算等方法获得表征复杂结构弹性阶段应力状态的原始数据,根据弹性力学和塑性力学方程的相似关系和被实验材料的广义应力应变曲线,采用新的分析方法和实验手段,将弹性解转换成对应的弹塑性解.在程序实现中,该文采用了结构分析与优化设计的方法,使用面向对象的Visual Basic程序设计语言,并利用数据库来统一管理原始数据和计算结果.程序操作方便,使用简单,计算结果可以通过图形方式显示.在算例方面,论文分别采用光弹性法和电测法对带中心圆孔无限宽板的平面问题和圆阶梯轴的三维问题进行了验证,并将分析结果与相关文献进行比较,得到了一致的结果,从而验证了理论分析的合理性及该方法的正确性.将光弹性方法和计算机相结合,实现光弹性图像的自动识别功能是近年来实验力学发展的主要方向之一.把实验中拍摄到的光弹性图像输入到计算机中,利用自动处理系统获得等色线和等倾线等原始数据并将其直接输入数据库中,再依据该文提供的原理和方法求解结构的弹塑性应力值,可以大大的提高分析效率和实验精度.但由于时间关系,加上光弹性图像自动处理本身的困难性(如单纯等倾线的提取等),该文只列举了当前的研究状况,并对对径压缩圆盘的理论进行了仿真模拟,作为论文进一步研究的基础.这一部分的内容主要在第三章.计算解和理论解的误差分析表明,最大误差都在允许范围内,从而验证该方法是行之有效的,可以用于工程实际.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1论文的研究内容、意义和应用前景

1.2弹塑性力学发展概述及求解方法比较

1.2.1弹塑性力学发展概述

1.2.2弹塑性求解方法比较

1.3光测弹性力学的发展历史、研究现状及发展趋势

1.3.1光测弹性力学发展历史

1.3.2光测力学的研究现状及发展趋势

1.4本文的主要工作

参考文献

第二章光测弹性力学和数字图像处理基础

2.1引言

2.2光测弹性力学基础

2.2.1光的本性

2.2.2物理基础

2.2.3自然光和偏振光

2.2.4光通过光学各向异性体的特性

2.2.5偏振仪光学系统

2.2.6应力光学定律

2.3琼斯矩阵和各偏振仪光系统下的光强表达

2.3.1琼斯矩阵的基本概念

2.3.2应力模型在各偏振仪光学系统中的光强表达式

2.3.3旋转偏振光学元件的补偿法

2.4数字图像处理基础

2.4.1数字图像处理的基本概念

2.4.2典型的数字光弹性图像处理系统和处理方法

2.5小结

参考文献

第三章光弹数据的自动提取

3.1条纹细化和倍增

3.1.1条纹细化或条纹中心线提取法

3.1.2条纹倍增

3.2光弹性中的等色线及等倾线数据的获取——相移法

3.2.1 Patterson 和 Wang的六步相移法

3.2.2单色光入射平面偏振仪光学系统确定等倾角的五步相移法

3.2.3白光入射平面偏振仪光学系统确定等倾角的五步彩色相移法

3.3对径压缩圆盘理论重建条纹图的实现和各种方法比较

3.3.1重建等色线和等倾线条纹图的基本理论

3.3.2几种相移法的比较

3.3.3小结

参考文献

第四章结构弹塑性问题的混合解法

4.1分析原理

4.1.1弹性力学和塑性力学基本方程的比较

4.1.2应力的相似转换关系

4.2算法实现

4.2.1剪应力差法

4.2.2算法设计

4.2.3程序功能

4.3实验例证

4.3.1平面问题算例

4.3.2三维问题算例

4.3.3小结

4.4结论和展望

参考文献

致谢