[发明专利]一种物体平面内匀称化线应变率场的光学测量方法

摘要

本发明提供一种物体平面内匀称化线应变率场的光学测量方法，包括：采集多张被测物体受载过程中被测物体测量平面的图像，选定测量图像，获得每张测量图像的拍摄时刻；计算测量平面内各测点的位移场和速度场；以每个测点为顶点将首张测量图像上测点所在图像区域离散成无重叠且无间隙的四边形像素块，进而剖分成两个无重叠且无间隙的三角形像素块；计算每个四边形像素块中的两个三角形像素块的几何参数和每个顶点的速度；计算每个四边形像素块中两个三角形像素块的线应变率；获得匀称化线应变率。本发明可以探测受载物体变形破坏过程中应变率值较高区域的时空分布规律，测量得到的呈带状的线应变率场较为光滑、连续，提高了应变率场的测量精度。

主权项

1.一种物体平面内匀称化线应变率场的光学测量方法，其特征在于，包括：步骤1、采用涂料制作人工散斑，采集多张被测物体受载过程中被测物体测量平面的散斑图像，从中选定测量图像，获得每张测量图像的拍摄时刻；步骤2、设定被测物体在受载过程中测量平面内每个测点在首张测量图像上的位置，采用数字图像相关方法计算被测物体受载过程中测量平面内各测点的位移场和速度场；步骤3、以被测物体测量平面内每个测点为顶点，首张测量图像上测点所在图像区域离散成无重叠且无间隙的四边形像素块；步骤4、将每个四边形像素块剖分成两个无重叠且无间隙的三角形像素块；步骤5、根据每个测点在首张测量图像上的位置和测量平面内测点的速度场，计算每个四边形像素块中的两个三角形像素块的几何参数和三角形每个顶点的速度；所述的几何参数包括三角形像素块的面积、每条边的长度和每条边的单位外法向量；步骤6、利用高斯定理获得每个三角形像素块的速度的偏导数，利用几何方程获得速度偏导数与每个三角形像素块的应变率之间的关系，进而计算出每个四边形像素块中的两个三角形像素块的线应变率；利用高斯定理获得每个三角形像素块的速度的偏导数，具体为：根据高斯定理建立函数f的偏导数的面积分和该函数f的线积分之间的关系，公式为：其中，nj表示外边界的单位外法向量在j方向的分量；A1表示某一区域的面积；s表示某一区域的外边界；Xj表示在j方向的坐标；j表示坐标轴j，为x轴或y轴；设定函数f在面积A1上的平均值为；将f取为速度则速度偏导数表示为：其中，表示在i方向的速度分量；A表示每个三角形像素块的面积；k表示每个三角形像素块的第k条边，取值范围为[1,2,3]；表示每个三角形像素块的第k条边的速度在i方向的分量，由该边的两个端点的速度取平均获得；表示每个三角形像素块的第k条边的单位外法向量在j方向的分量；(△s)^(k)表示每个三角形像素块的第k条边的长度；i表示坐标轴i，为x轴或y轴；由此可见，速度关于坐标的偏导数只依赖于4种量：每个三角形像素块的面积A、每个三角形像素块的各条边的长度(△s)^(k)、各条边的单位外法向量和各条边的速度；其中，各条边的速度由该边的两个端点的速度取平均获得：其中，表示各条边的一个端点的速度；表示各条边的另一个端点的速度；(o)表示各条边的一个端点，(p)表示各条边的另一个端点；步骤7、对每个四边形像素块中的两个三角形像素块的线应变率做匀称化处理，获得每个四边形像素块中的两个三角形像素块的匀称化线应变率，即获得被测物体测量平面内的匀称化线应变率场；步骤7.1、对每个四边形像素块中的两个三角形像素块的线应变率做匀称化处理，获得该四边形像素块中的两个三角形像素块的匀称化线应变率；具体为：其中，B、C、D及E为待定参数；表示每个四边形像素块中的三角形像素块a在x方向的匀称化线应变率；表示每个四边形像素块中的三角形像素块a在y方向的匀称化线应变率；表示每个四边形像素块中的三角形像素块b在x方向的匀称化线应变率；表示每个四边形像素块中的三角形像素块b在y方向的匀称化线应变率；表示每个四边形像素块中的三角形像素块a在x方向的线应变率；表示每个四边形像素块中的三角形像素块a在y方向的线应变率；表示每个四边形像素块中的三角形像素块b在x方向的线应变率；表示每个四边形像素块中的三角形像素块b在y方向的线应变率；步骤7.2、通过保证每个三角形像素块的应变率偏量和匀称化应变率偏量相等，即每个三角形像素块的匀称化线应变率与线应变率之差相等，获得：B＝C、D＝E；步骤7.3、通过保证每个四边形像素块的应变率球张量和该四边形像素块中的每个三角形像素块的匀称化应变率球张量相等，即每个四边形像素块中的两三角形像素块的线应变率之和与匀称化线应变率之和相等，获得：步骤7.4、将步骤7.1中的公式和步骤7.3中的公式进行合并，获得每个四边形像素块中的两个三角形像素块的匀称化线应变率；公式如下：