基于DIC的高温材料机械性能测量系统研究

摘要

数字图像相关(Digital Image Correlation，DIC)方法是一种基于视觉图像的非接触、全场光学测量方法。DIC方法通过变形前后的两幅图像进行相关运算，实现全场位移、变形和应变的测量。该方法自提出以来经过多年的研究发展已广泛的应用在机械、材料、汽车等各个领域。近年来，该方法逐渐用来测量材料在高温下的机械性能，但该方法应用在高温下依然存在许多问题。本文针对数字图像相关方法在高温应用中存在的关键问题进行了研究，组建了一套高温数字图像相关测量系统，并进行了高温测量实验来验证系统的性能，具体研究工作如下:
　　(1)分析介绍了数字图像相关方法的基本原理以及相关概念，研究对比了几种不同的整像素搜索和亚像素搜索算法，选出了本系统所要使用的相关搜索算法;
　　(2)分析研究高温下黑体辐射对成像带来的影响，通过对比不同光源主动照明并加相应的滤波片进行滤波，照射在不同的散斑上，研究高温下的最优成像方法;
　　(3)研究了高温下热气流扰动给测量精度带来的影响，提出将灰度平均算法和图像逆滤波算法相结合的方法来处理图像，从而减小热气流带来的误差影响;
　　(4)研究了数字图像相关方法测量时散斑图的评价函数问题，提出一种基于区域平均灰度特征的散斑图评价函数，对拍摄的图像进行优劣判断;
　　(5)组建一套高温数字图像相关测量系统，并进行常温刚体位移、常温拉伸以及高温拉伸实验，验证这套系统的精确性与可行性，并分析该系统存在的误差源，采取相应的措施减小测量误差。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的目的及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 数字图像相关方法的研究进展与应用

1．2．2 数字图像相关方法在高温测量中的进展与应用

1．3 课题来源与主要研究内容

1．3．1 课题来源

1．3．2 主要研究内容

第二章 数字图像相关方法

2．1 数字图像相关基本原理

2．1．1 位移形变模型

2．1．2 相关函数

2．2 整像素搜索算法

2．2．1 逐点搜索法

2．2．2 爬山搜索法

2．2．3 粒子群搜索法

2．2．4 整像素算法的分析比较

2．3 亚像素搜索算法

2．3．1 曲面拟合法

2．3．2 Newton-Raphson偏微分方法

2．3．3 反向组合法

2．3．4 亚像素算法的分析比较

2．4 本章小结

第三章 高温数字图像相关方法关键技术研究

3．1 黑体辐射与高温最优成像

3．1．1 黑体辐射分析

3．1．2 高温最优成像

3．2 热扰动噪声优化

3．3 散斑图质量评价函数研究

3．4 本章小结

第四章 高温DIC测量系统与实验

4．1 紫外DIC测量系统简介

4．1．1 硬件部分

4．1．2 软件部分

4．2 常温刚体位移实验

4．2．1 实验系统及方案

4．2．2 实验数据分析

4．3 常温拉伸实验

4．3．1 实验系统及方案

4．3．2 实验方法及数据

4．4 高温拉伸实验

4．4．1 实验系统及方案

4．4．2 实验数据分析

4．5 误差分析

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 全文工作总结

5．2 未来工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况