基于光弹性贴片法材料表面应变场测量实验研究

摘要

常用的应变（应力）测量方法中，应变电测法基于金属丝的应变-电阻效应对被测材料表面应变（应力）进行测量，具有灵敏度高、误差小等优点，但其测得的是构件表面被测位置很小区域内的平均应变，并不能反映构件表面大面积应变场的分布情况。光弹性贴片法利用光弹性材料应变-光学干涉效应来测量材料表面的应变（应力）场分别，是由传统光弹性测量发展而来的一种表面应变场测量技术。光弹性贴片法可以大面积的显示构件表面的应变（应力）场图像，得到的信息不只是一个小区域的平均应变值，而是大面积区域应变（应力）分布情况。因而，开展光弹性效应的应变测量研究，可为构件表面的区域应变场监测提供一种直观形象的测量方法。
　　本文针对常用电阻应变片法的点测结果不易反映构件表面应变场分布的问题，将光弹性贴片方法应用于材料表面应变场测量。开展贴片制作、材料标定、条纹图像处理等研究，并将光弹性贴片法应用于金属和混凝土应变场测量中。主要的研究内容如下:
　　(1)进行光弹性贴片的制作工艺研究。在光弹性贴片的制作过程中，采取有效改进措施，解决贴片制作过程中的贴片内部气泡、厚度不均匀、表面不光滑等问题。采用基于等截面梁的方式对光弹性贴片材料条纹值进行标定，并考虑到贴片的应力增强效应对标定结果进行了数据修正。
　　(2)进行几种典型形状的光弹性试件加载实验，掌握了光弹性贴片测量的等差线、等倾线、主应力分离的测量和分析方法。
　　(3)为改善光弹性条纹的清晰度和可判读性，开展光弹性贴片条纹图像处理研究。对光弹条纹图像进行了图像降噪、等差线分析和骨架线提取，并编制了条纹图像提取的图像处理软件。
　　(4)进行光弹性贴片在金属及混凝土表面应变场测量的应用研究。开展光弹性贴片在简支钢梁的应变场测量应用，在薄弱点位置对光弹性贴片法与电阻应变片法应变值进行比较。在混凝土试块进行应力加载过程中，有效监测到混凝土表面裂缝产生、稳定扩展及失稳破坏过程中的条纹图像变化过程。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．2．1 光弹性贴片法及其应用

1．2．2 光弹性贴片条纹图像处理

1．3 本文研究内容

第2章 光弹性贴片法基本原理及系统组成

2．1 光弹性贴片测量基本原理

2．2 光弹性贴片测量系统组成

2．3 本章小结

第3章 光弹性贴片制作及材料条纹值标定

3．1 光弹性贴片制作

3．2 光弹性贴片材料条纹值标定

3．2．1 标定方法

3．2．2 材料条纹值标定不确定度分析

3．3 本章小结

第4章 光弹性贴片验证及条纹分析

4．1 等差线观测

4．2 等倾线观测

4．3 主应力分离

4．4 本章小结

第5章 光弹性贴片应变场测量图像处理

5．1 光弹性贴片条纹图像处理

5．1．1 光弹性贴片彩色条纹图像降噪

5．1．2 RGB空间光弹性贴片图像等差线提取

5．1．3 RGB空间等倾线的提取

5．2 软件界面与模块设计

5．3 本章小结

第6章 光弹性贴片应变场测量应用

6．1 简支梁加载实验的光弹性测量

6．2 混凝土裂纹扩展的光弹性观测

6．3 本章小结

第7章 结论及展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果