[发明专利]一种关于透明试件受集中荷载的高精度全场测量方法

说明书

本发明提供了一种关于透明试件受集中荷载的高精度全场测量方法，该测量方法的实验装置由散斑板、被测透明试件、外加光源和光学测量装置组成。该方法包括以下步骤：(1)在被测透明试件表面、背面和散斑板上制备不同颜色的单色荧光随机散斑图案(红、绿、蓝)；(2)使用两台3CCD彩色相机搭建光学测量装置，并安置好被测透明试件与散斑板；(3)标定光学测量装置的内部参数和外部参数，标定被测透明试件的光‑力学参数C_σ；(4)采集被测试件在受集中荷载过程中的图像；(5)对被测透明试件正面、背面的表面变形和散斑板在主相机中的图像位移场δ_x和δ_y进行计算；(6)对被测透明试件全场应力分布进行计算。

技术领域

本发明涉及光测实验固体力学领域，具体涉及一种关于透明试件受集中荷载的高精度全场测量方法。

背景技术

数字散斑相关法，是一种非接触式的光学全场测量方法。该方法跟踪物体表面的散斑图案变化，计算感兴趣区域的散斑灰度值变化，从而可以准确测量物体表面的位移场和应变场。该测量方法具有非接触、操作简便、精度高、全场测量等优点。目前，数字图像相关技术广泛用于工程领域。然而，数字散斑方法在测量时对测量对象有一定的限制，其原理是通过测量不同时刻散斑的空间坐标来计算兴趣点的位移，从而进一步计算应变场，由于无法得知被测材料的本构参数，因此无法对被测材料的应力进行直接或间接的测量。

对于测量透明试件应力分布，在数字散斑相关法的基础上衍生出了一种利用材料的透明特性的数字梯度敏感方法，使用单相机采集物体在受集中荷载过程中的图像，得到载荷对物体折射率造成的影响，通过应力场与折射率的关系计算出透明试件的全场正应力与梯度。若将数字散斑相关方法和数字梯度敏感方法进行融合，利用荧光散斑的特性，可以得到信息丰富、同一时刻透明试件的全场形貌、位移、应变、应力等信息，能够实现透明试件受集中荷载过程中正面、背面的各个点的物理量高精度测量。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种关于透明试件受集中荷载的高精度全场测量方法，操作简便，能够实现对透明材料的正面、背面的位移场、应变场、应力场的实时测量。

技术方案：一种关于透明试件受集中荷载的高精度全场测量方法，该方法包括如下步骤：

(1)在被测透明试件正面、背面和散斑板表面这三个平面上制备单色荧光随机散斑图案，且三个平面的荧光散斑颜色各不相同，为红、绿、蓝中的一种；

(2)使用两台3CCD彩色相机搭建光学测量装置，并安置好被测透明试件与散斑板，一台相机作为主相机，其光轴与被测试件平面和散斑板平面相垂直，另一台相机作为副相机，其光轴与主相机光轴成一定夹角；

(3)保持步骤(2)中的相机位置不动，对光学测量装置的内部参数和外部参数进行标定；对被测透明试件的光-力学参数C_σ进行标定，用于计算被测透明试件的表面变形与应力分布；

(4)采集被测试件在受集中荷载时的图像；

(5)使用步骤(3)中的光学测量装置的内部参数和外部参数以及(4)中获得的图像，通过数字散斑方法计算被测透明试件不同时刻的正面、背面的表面变形，以及计算散斑板的光线经过被测透明试件折射后在主相机中的图像位移场δ_x和δ_y；

(6)使用步骤(3)中标定的被测透明试件的光-力学参数C_σ和步骤(5)中散斑板的光线经过被测透明试件折射后在主相机中的图像位移场δ_x和δ_y，实现对被测透明试件全场应力分布的测量。