数字散斑相关法在鱼皮拉伸测量中的应用研究

摘要

数字散斑相关法（Digital Speckle Correlation Method，DSCM）是一种全场变形、非接触式的测量方法，通过图像处理，可以获得被测物体表面位移、应力变化等信息。因其具有对环境要求不高、测量精度高等优势而得到广泛应用。经过几十年的研究探索，其相关理论已经相对趋于成熟，在工程中也得到了很好的应用，为相关科研带来了很大的帮助。鱼皮是一种优质的皮革材料，其微观结构在仿生学上已有重要应用，为全面了解其力学性能，本文运用DSCM技术对鲤鱼皮材料拉伸性能进行研究，为其潜在的仿生学应用提供数据支撑。 整像素是数字散斑相关法的基石，针对提高整像素搜索速度问题，论文选择遗传算法、粒子群算法和人工鱼群算法。阐述在不同变形下子区形函数及相关函数的选择，通过模拟散斑图，验证三种智能算法的搜索速度和匹配精度。 为提高亚像素的测量精度，论文对不同插值法的效果图进行了对比，提出拟合和双三次样条插值相结合的亚像素算法，并与反向组合高斯牛顿算法进行对比，表明反向组合高斯牛顿算法的适用性更强，但组合式算法有较好的综合优势，兼顾了速度和精度。 针对鲤鱼皮性能测试，搭建了实验平台。该平台由Q-400微变形测量系统和卧式拉力试验机组成，可实现对拉伸过程中的图像采集及存储。将上述算法对采集的图像进行处理，结果表明本文使用的方法速度快、精度高，满足数字散斑相关法在鲤鱼皮变形测量中的应用。论文还对实验过程中各影响因素进行了分析，结果表明误差在可控范围之内。