基于有限元位移模式的數(shù)字圖像相關(guān)方法及其應(yīng)用研究

1、 基于有限元位移模式的 基于有限元位移模式的數(shù)字圖像相關(guān)方法 數(shù)字圖像相關(guān)方法及其應(yīng)用 應(yīng)用研究 研究 Research and application of digital image correlation method based on finite element formulation 學(xué)科專業(yè)：固體力學(xué) 研 究 生：吉建民 指導(dǎo)教師：陳金龍 教授 天津大學(xué)機械工程學(xué)院 二零一二年十二月 摘 要 數(shù)字圖像相關(guān)方法是從上

2、個世紀(jì)八十年代初發(fā)展起來的一種現(xiàn)代光測力學(xué)方法。 它具有非接觸、 全場測量、 對測試環(huán)境要求低、 光路簡單、 測量視場可調(diào)、自動化程度高等優(yōu)點，并可結(jié)合顯微鏡實現(xiàn)材料多尺度力學(xué)行為測試?？梢哉f，數(shù)字圖像相關(guān)方法是當(dāng)前最活躍、 最具有廣闊應(yīng)用前景的光測技術(shù)之一。 本文將進(jìn)一步研究數(shù)字圖像相關(guān)方法改進(jìn)和應(yīng)用拓展。 本文提出的基于有限元位移模式的數(shù)字圖像相關(guān)方法即子區(qū)位移模式選擇有限元理論中的連續(xù)單元和不連續(xù)單元的位移模式。 對于連續(xù)子區(qū)，

3、詳細(xì)研究了子區(qū)位移模式取 4、8、9、12、16 節(jié)點單元時，數(shù)字圖像相關(guān)方法的測試精度；針對均勻拉伸變形場和裂紋尖端附近變形場測試， 提出了子區(qū)位移模式的最優(yōu)選擇方案： 均勻拉伸變形場測試應(yīng)采用 4 節(jié)點單元位移模式， 裂尖附近變形場測試應(yīng)采用 9 節(jié)點單元位移模式。 對于不連續(xù)子區(qū)， 提出了子區(qū)迭代區(qū)域的選擇方案，有效避免了因裂紋附近亞像素插值錯誤導(dǎo)致迭代不收斂現(xiàn)象。 詳細(xì)研究了基于有限元位移模式的數(shù)字圖像相關(guān)方法測試航空復(fù)合材料的

4、彈性常數(shù)的可行性。依據(jù) ASTM 標(biāo)準(zhǔn)提出了平均應(yīng)變最優(yōu)測試方法：基于引伸計原理的兩點法，這使得其測試精度可達(dá)到 50 µε ，完全滿足航空復(fù)合材料的測試要求。 同時應(yīng)用數(shù)字圖像相關(guān)方法和電測法測試了三種不同航空復(fù)合材料的彈性常數(shù)，結(jié)果表明這兩種方法測得的結(jié)果相對誤差較小，應(yīng)力-應(yīng)變曲線基本重合， 數(shù)字圖像相關(guān)方法能很好的反應(yīng)航空復(fù)合材料的應(yīng)變響應(yīng)， 并能精確測試其彈性常數(shù)。 最后本文應(yīng)用基于有限元位移模式的數(shù)字圖像相關(guān)方法測