改進擴展數(shù)字圖像相關方法及其應用研究.pdf

1、數(shù)字圖像相關方法是實驗力學領域中最常用的測試方法之一,具有廣闊的工程應用前景。擴展數(shù)字圖像相關方法的形函數(shù)選取擴展有限元位移模式,一定程度上突破了傳統(tǒng)數(shù)字圖像相關方法不適用于不連續(xù)變形場測試的局限性,擴大了方法的適用范圍。本文的主要研究內容就是對擴展數(shù)字圖像相關方法的算法進行改進,以進一步提高方法精度,擴大其工程應用范圍。
　　本文提出的改進擴展數(shù)字圖像相關方法主要對方法進行了如下三點優(yōu)化和改進:首先,提出了單單元的相關方案和核區(qū)

2、的數(shù)據(jù)后處理方法,與整體相關方案相比,本文方法可有效減少子區(qū)間誤差傳遞,一定程度上提高方法測試精度。其次,提出了環(huán)形模板的整像素位移搜索方法,及改進擴展數(shù)字圖像相關方法中Newton-Raphson算法(N-R算法)迭代初值的選擇方案。利用環(huán)形模板搜索得到的整像素位移為N-R算法提供迭代初值,減少了迭代不收斂現(xiàn)象的出現(xiàn)。另外,由于環(huán)形模板具有旋轉不變性,而雙線性位移模式又能完全描述剛體轉動,因而,結合環(huán)形模板整像素位移搜索的改進擴展數(shù)字

3、圖像相關方法可以測試含任意轉角的變形。再次,提出了子區(qū)優(yōu)選法,利用相關系數(shù)的值來確定最優(yōu)子區(qū)的尺寸和位置,使材料彈性常數(shù)、裂紋尖端變形場等力學參量的測試更精確。
　　本文利用模擬散斑圖及實驗對改進擴展數(shù)字圖像相關方法的測試精度進行分析。對于單單元相關方案,單個子區(qū)變形場的測試精度即表明了方法的測試精度。精度分析結果表明:當子區(qū)所選形函數(shù)的位移假設能夠完全描述子區(qū)真實變形時,大的子區(qū)可以減少隨機誤差進而提高測試精度,且具有較少節(jié)點的

4、單元類型對應較高的測試精度;形函數(shù)選取裂紋貫穿單元位移模式來測試裂紋貫穿子區(qū)變形場時,其測試精度低于分別利用基于常規(guī)單元位移模式的改進擴展數(shù)字圖像相關方法測試裂紋兩側的連續(xù)變形場;基于四節(jié)點矩形單元位移假設的改進擴展數(shù)字圖像相關方法測試符合其變形假設的位移場時,最大絕對誤差出現(xiàn)在節(jié)點處,且當給定位移接近整像素或半像素時,測試誤差較小。
　　最終將本文提出的改進擴展數(shù)字圖像相關方法應用到工程實際問題的測量中:測試了手機導光板的彈性常