数字图像相关(DIC)测量方法在材料变形研究中的应用

摘要

数字图像相关(Digital Image Correlation)测量技术是应用计算机视觉技术的一种图像测量方法，是一种非接触的、用于全场形状、变形、运动测量的方法。它直接处理的对象是具有一定灰度分布的数字图像（散斑图），通过对比材料或者结构表面在变形前后的散斑图运用相关算法得到全场位移和应变。二维DIC在测量变形及应变方面与传统方法相比有其显著的优点，可以针对不同的试样表面（大小和形状）进行二维全场应变值的分析计算。本文以DP590双相钢和304不锈钢为实验材料，对比了2D-DIC方法与传统应变测量方法，并研究了试样在拉伸过程中的颈缩现象、缺口试样拉伸过程应变分布，测量了DP590的塑性应变比r以及全场r值分布。
　　得出以下主要结论:
　　(1) DIC方法和传统机械引伸计方法在测量材料工程应力-应变曲线方面基本上是一致的，实验中的微小误差是由于测量不同步引起的，可以通过将拉伸试验机的力值输出信号作为模拟信号，用于触发DIC的图片采集来得以改进;
　　(2)采用DIC虚拟引伸计测量塑性应变比值与传统方法较为接近，但对于全场平均法测量值要小于传统方法。DIC虚拟引伸计方法能快速测得同一时刻不同横向引伸计夹持位置的r平均值。15％应变时刻r值分布均匀，产生颈缩之后，越接近颈缩中心r值越小;
　　(3)最大载荷之后的塑性失稳分为分散性失稳和集中性失稳两个阶段。材料不同，分散性失稳和集中性失稳发生的时刻也不一致。应变硬化指数n值越大最大载荷以及断裂时刻应变值越大。整个拉伸过程中，塑性流动在整个标距范围内是不均匀的，中部变形相比边部变形要大些;
　　(4)对于V型缺口试样单向拉伸实验，整个试样表面变形区可分为四个明显不同的区域:缺口正前方中线位置横向变形近乎为零，纵向变形与边部区域保持同步;缺口边线正上方与正下方的小局部区域变形量几乎为零;横向应变与纵向应变集中在距离中线正上方与正下方一段距离的四边形区域。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 数字图像相关测量方法的国内外发展状况

1．2．1 国外发展背景

1．2．2 国内发展状况

1．3 论文的主要内容

第2章 数字图像相关法的基本原理与实验技术

2．1 数字图像相关测量基本理论

2．1．1 概述

2．1．2 相关算法介绍

2．1．3 位移场测量

2．1．4 应变场测量

2．1．5 位移测量的误差分析

2．2 数字图像相关测量系统与实验技术

2．2．1 数字图像采集与分析系统

2．2．2 制斑方法与散斑尺寸

2．2．3 实验流程

2．2．4 Vic-2D分析操作流程

2．2．5 系统中相关参数的概念

第3章 DIC与传统引伸计拉伸对比实验

3．1 引言

3．2 DP590概述

3．3 实验过程

3．3．1 DP590的组织观察

3．3．2 拉伸试验

3．4 实验结果与分析

3．4．1 机械引伸计结果

3．4．2 DIC分析过程与结果

3．4．3 机械引伸计与DIC方法对比

3．5 改进实验

3．6 实验误差分析

3．7 本章小结

第4章 DIC方法测塑性应变比

4．1 引言

4．2 实验原理

4．3 实验过程

4．3．1 实验材料与试样准备

4．4 实验结果与分析

4．4．1 机械引伸计测得r值

4．4．2 DIC全场平均法测得r值

4．4．3 采用DIC虚拟引伸计测得r值

4．4．4 三种方法测得的r值的比较

4．4．5 DIC测得的全场r值分布

4．4．6 引伸计夹持位置不同对r值的影响

4．5 本章小结

第5章 颈缩过程的研究

5．1 引言

5．2 304不锈钢概述

5．3 实验过程

5．3．1 实验材料

5．3．2 试样制备及组织观察

5．3．3 拉伸实验

5．4 实验结果分析

5．4．1 DP590颈缩演化的DIC分析

5．4．2 DP590断口扫描分析

5．4．3 304不锈钢颈缩演化的DIC分析

5．4．4 304不锈钢断口扫描分析

5．5 本章小结

第6章 缺口试样拉伸过程的DIC分析

6．1 引言

6．2 实验过程

6．2．1 实验材料

6．2．2 试样准备

6．3 实验结果与分析

6．3．1 DP590拉伸结果

6．3．2 304不锈钢拉伸结果

6．4 本章小结

第7章 结论及课题后续展望

7．1 结论

7．2 课题后续展望

参考文献

致谢