相机阵列图像测量在材料试验中的应用研究.pdfVIP

大连理工大学硕士学位论文

摘要

制造业中，原料的力学性能影响产品的使用和寿命，通过万能材料试验机对平板试

样的拉伸试验可以简单方便地得到材料的力学参数。同时，图像测量是一种高效的测量

手段，可以实时观测全场各方向的位移，弥补了位移传感器在测量时所存在的不足。

在使用图测测量位移时，目前使用最多的是数字图像相关技术，这种方法要求在试

样表面喷涂散斑，而散斑喷涂的不确定性也导致试验结果的不稳定性；本文的图像测量

则预先在试样表面印制方格减少人为因素干预后，使用亚像素角点识别法，保证了测量

结果的稳定性和可信度。通过获取的角点变形，除了可以刻画整体的变形，还可以通过

插值的方式生成全表面的变形场，这有助于材料力学性能和变形规律的研究。另一方面，

为了对局部变形形态进行放大测量，在试件正面单相机图像测量的基础上，增加了背面

相机阵列（多个相机分区域）测量。本文以连续性材料和不完全连续性材料为研究对象，

以拉伸试验和相机阵列图像测量为手段，主要完成了以下工作：

（1）参与完成了万能材料试验机试件变形图像测量方法的改进，实现了一侧单相

机试件全场变形测量和另一侧试件变形相机阵列（多个相机分区域）测量。应用改进后

的万能材料试验机系统，以铝合金和PET塑料薄膜为试验对象，借助应变片和信号采集

仪，开展了对图像测量准确性的验证试验，主要分析图测应变曲线和应变片应变曲线在

应变片测量范围内的重合度以及整体所存在的误差，为之后其余各类材料拉伸试验的图

像测量奠定基础。

2PET

（）选取了铝合金、塑料薄膜、聚酰亚胺、凯夫拉纤维，分别代表金属、塑

料、纤维等连续性材料进行拉伸试验，试验结果给出了试样的轴向/横向应变与时间的关

系，也给出了应力-应变关系，借助这两条曲线得出了材料的泊松比、抗拉强度、弹性

模量等力学性能参数，同时还生成了平板试样正反面的应变云图，以分析连续性材料的

变形规律，试验结果表明了图像测量的可用性。

（3）选取了铜铝过渡板和竹胶板作为具有明显复合特征的复合材料制样拉伸，重

点关注其过渡或胶粘区域的变形以及不同部分基材的变形；还在连续性材料的基础上人

工预制了缺陷，重点关注缺陷所在局部的变形与整体变形的区别，以及含缺陷材料和正

常材料变形的不同点。试验发挥了相机阵列在局部测量领域的优势，实现了对分界或损

伤明显处的放大测量。

关键词：拉伸试验；相机阵列；图像测量；亚像素角点识别；连续性材料；复合材

料；含缺陷材料

--I

大连理工大学硕士学位论文

ABSTRACT

Inthemanufacturingindustry,themechanicalpropertiesofrawmaterialsaffecttheuse

andlifeoftheproduct,andthemechanicalparametersofthematerialcanbeobtainedsimply

andconvenientlythroughthetensiletestoftheflatsampleoftheuniversalmaterialtesting

machine.Atthesametime,imagemeasurementisanefficientmeasurementmeans,which

canobservethedisplacementofalldirectionsinrealtime,andmakeupfortheshortcomings

ofdisplacementsensorinmeasurement.

Atpresent,thedigitalimagecorrelationtechniqueisthemostusedinthemeasurement

ofdisplacementbymapping.Thismethodrequiresthesprayingofspeckl