一种应变局部化带剪胀角的光学测量方法技术

本发明专利技术提出一种应变局部化带剪胀角的光学测量方法，包括：采集图像并获得图像上各测点的位移和应变；在除第一张图像外的其他各张图像上确定与测量区域有关的包含待测应变局部化带的区域；使待测应变局部化带水平或垂直；布置一条与旋转后的待测应变部化带切向垂直的测线，建立直角坐标系并在该测线上布置若干测点，获得测线上各测点的位移和相关系数分布曲线；确定测线上与待测应变局部化带有关的两个临界点的坐标，并获得这两个临界点在直角坐标系下的位移和应变；计算测线上待测应变局部带的两边界点在直角坐标系下的位移；获得待测应变局部化带的剪胀角。本发明专利技术能保证边界点位移信息的可靠性，获得待测应变局部化带更真实的剪胀角。

An optical measurement method for strain localization with dilatancy angle

The invention provides a shear strain localization band optical measurement method, including: dilatancy angle image acquisition and image on the measurement of displacement and strain point; determination and measurement of regional related areas including measured strain localization bands in addition to the first images outside the other images that should be measured; localization with a horizontal or vertical arrangement; a rotation and the measured strain localization with a tangential line perpendicular to the Cartesian coordinate system was established and the measuring line number of measurement points, obtain the displacement measuring line and the correlation coefficient distribution curve; determine the coordinate measuring line with the measured strain localization with two about the critical point, and get the two critical points in the Cartesian coordinates of the displacement and strain; displacement calculation of measuring line to be measured with local strain on both sides of the boundary points in Cartesian coordinates to be measured should be obtained; The dilatancy angle of the variable localized strip. The invention can ensure the reliability of the displacement information of the boundary point, and obtain the more true dilatancy angle of the strain localization band to be measured.

【技术实现步骤摘要】
一种应变局部化带剪胀角的光学测量方法
本专利技术涉及光学测量
，具体涉及一种应变局部化带剪胀角的光学测量方法。
技术介绍
应变局部化是在材料变形、破坏过程中应变集中于狭窄的带状区域的现象，该带状区域称之为应变局部化带。应变局部化带导引着宏观剪切裂纹的扩展，因此，是材料破坏的一种前兆。应变局部化带几乎可以在各种材料的变形、破坏过程中观测到。研究应变局部化带的特征有助于深刻认识材料的变形、破坏及失稳机理，亦可为有关的解析和数值模型提供必要的基础参数，或用于检验这些模型的正确性。剪胀性是岩土材料重要的体积变形特征，是由剪切过程中颗粒间相对位置的变化而引起的，故广义的剪胀性包含了剪胀和剪缩。剪胀角是用来表示剪胀性的一个物理量，剪胀角的正切为法向位移同切向位移的比。一般，土体、岩石、混凝土的剪胀角的值在0到20度范围内变化。通常，通过简单剪切试验或三轴试验测量纵向和侧向或环向应变来获取试样的剪胀角。这种剪胀角是试样剪胀性在试样内部的一个平均效果，其值必然要小于应变局部化带的剪胀角的值，若将上述剪胀角作为基础参数，将低估应变局部化带的体积变形能力，因此，准确测量应变局部化带的剪胀角是十分有必要的。数字图像相关方法是一种光测力学方法，具有测量设备简单，对测量环境要求低，测量精度高等优点。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出一种应变局部化带剪胀角的光学测量方法本专利技术的技术方案如下：一种应变局部化带剪胀角的光学测量方法，包括：步骤1、采集图像并获得图像上各测点的位移和应变；步骤2、选择任意一条待测应变局部化带，在第一张图像上，选定待测应变局部化带的测量区域，在除第一张图像外的其他各张图像上确定与测量区域有关的包含待测应变局部化带的区域；步骤3、获得待测应变局部化带的倾角θ，将测量区域和包含待测应变局部化带的区域旋转相同的角度α，使待测应变局部化带水平或垂直；步骤4、在旋转后的测量区域上布置一条与旋转后的待测应变部化带切向垂直的测线，建立直角坐标系X′O′Y′，并在该测线上布置若干测点，利用数字图像相关方法，获得测线上各测点的位移和相关系数分布曲线；该方法还包括：步骤5、根据相关系数分布曲线在应变局部化带内部和外部的不同特点，确定测线上与待测应变局部化带有关的两个临界点的坐标，并获得这两个临界点在直角坐标系X′O′Y′下的位移和应变；步骤6、根据变形过程中测线上边界点与相邻临界点之间的变形协调关系，利用临界点的位移、应变和子区尺寸计算测线上待测应变局部带的两边界点在直角坐标系X′O′Y′下的位移；步骤7、利用上述计算得到的测线上待测应变局部带的两边界点的位移信息，获得待测应变局部化带的剪胀角。步骤6中所述的计算测线上待测应变局部带的两边界点在直角坐标系X′O′Y′下的位移，公式如下：其中，和分别表示测线上待测应变局部化带的任意边界点在直角坐标系X′O′Y′下的X′方向的位移、Y′方向的位移，u表示与任意边界点相邻的临界点的X′方向的位移，v表示与任意边界点相邻的临界点的Y′方向的位移，表示与任意边界点相邻的临界点的X′方向的线应变，表示与任意边界点相邻的临界点的X′方向的位移关于Y′方向的偏导数，表示与任意边界点相邻的临界点的Y′方向的位移关于X′方向的偏导数，表示与任意边界点相邻的临界点的Y′方向的线应变，ΔX′表示任意边界点与相邻临界点的X′方向的坐标差，ΔY′表示任意边界点与相邻临界点的Y′方向的坐标差。步骤7中所述的剪胀角的计算，公式如下：其中，表示测线上待测应变局部带的两边界点在Y′方向的位移差，表示测线上待测应变局部带的两边界点在X′方向的位移差，ψ表示剪胀角，ψ＞0表示待测应变局部化带发生了剪胀，ψ＜0表示待测应变局部化带发生了剪缩。所述步骤1，包括：步骤1.1、采集受载过程中物体一个表面的图像；步骤1.2、任意选定一系列图像，建立以水平方向为X轴，向右为正，以垂直方向为Y轴，向下为正，以图像的左上角为坐标原点O的直角坐标系XOY，确定测点数目及各测点在选定的第一张图像上的位置，以各测点为中心设置子区，设置子区尺寸，利用数字图像相关方法，获得各测点的位移和应变。所述步骤2，包括：步骤2.1、根据应变场中应变局部化带的分布规律，在多条应变局部化带中选择任意一条作为待测应变局部化带，并在第一张图像上，选定待测应变局部化带的测量区域；步骤2.2、在除第一张图像外的其他各张图像上确定与测量区域有关的包含待测应变局部化带的区域。所述步骤3，包括：步骤3.1、对采用数字图像相关方法获得的应变场进行插值，对插值后的应变场中待测应变局部化带上的应变数据对应的坐标进行线性拟合，从而获得待测应变局部化带的倾角θ；步骤3.2、通过仿射变换将测量区域和包含待测应变局部化带的区域旋转相同的角度α，使包含待测应变局部化带的区域内的待测应变局部化带水平或垂直。所述步骤4，包括：步骤4.1、在旋转后的测量区域上布置一条与旋转后的待测应变局部化带切向垂直的测线，建立以旋转后的待测应变局部化带切向为X′轴，以测线为Y′轴，以测线起点O′为原点的直角坐标系X′O′Y′；步骤4.2、在测线上布置等间隔的若干测点，以各测点为中心设置子区，设置子区尺寸，利用数字图像相关方法获得测线上各测点的位移和相关系数分布曲线。所述步骤5，包括：步骤5.1、根据相关系数分布曲线在应变局部化带内部和外部的不同特点，将测线划分成不同区域：与待测应变局部化带有关的区域和与待测应变局部化带无关的区域，确定测线上与待测应变局部化带有关的两个临界点的坐标；步骤5.2、获得测线上与待测应变局部化带有关的两个临界点在直角坐标系下X′O′Y′的位移和应变。所述相关系数曲线在应变局部化带内部和外部的不同特点是指在应变局部带外部相关系数曲线较平稳，而在应变局部化带内部相关系数曲线较波动，据此识别出与应变局部化带有关的区域和与应变局部化带无关的区域的交界位置，该位置即为临界点。有益效果：本专利技术提出的一种应变局部化带剪胀角的光学测量方法，可实现应变局部化带剪胀角的演变规律快速、准确测量。采用本专利技术方法的优势在于：(1)由于利用了数字图像相关方法，因而具有测量精度高、效率高的特点；(2)由于可测量在不同时刻的应变局部化带的剪胀角，因而可获得剪胀角随时间的演变规律，在固体实验力学领域有广泛的应用前景。附图说明图1为本专利技术一种实施例的一种应变局部化带剪胀角的光学测量方法流程图；图2为本专利技术一种实施例的一种应变局部化带剪胀角的光学测量方法原理图；其中，(a)为旋转前的测量区域的图像；(b)为在旋转前的变形后图像上确定的与测量区域有关的包含应变局部化带的区域的图像；(c)为(a)旋转后的图像；(d)为(b)旋转后的图像；(e)为测线上的相关系数分布曲线的图像；图中，1为测量区域，2为待测应变局部化带，3为包含待测应变局部化带的区域，4为旋转后的测量区域，5为测点，6为样本子区，7为测线，8为旋转后的包含待测应变局部化带的区域，9为2旋转后的待测应变局部化带，10为处于与9有关的区域和与9无关的区域的交界位置的目标子区，11为处于与9有关的区域和与9无关的区域的交界位置的一侧临界点，12为处于与9有关的区域和与9无关的区域的交界位置的另一侧临界点，13为待测应变局部化带9的一侧的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应变局部化带剪胀角的光学测量方法，包括：步骤1、采集图像并获得图像上各测点的位移和应变；步骤2、选择任意一条待测应变局部化带，在第一张图像上，选定待测应变局部化带的测量区域，在除第一张图像外的其他各张图像上确定与测量区域有关的包含待测应变局部化带的区域；步骤3、获得待测应变局部化带的倾角θ，将测量区域和包含待测应变局部化带的区域旋转相同的角度α，使待测应变局部化带水平或垂直；步骤4、在旋转后的测量区域上布置一条与旋转后的待测应变部化带切向垂直的测线，建立直角坐标系X′O′Y′，并在该测线上布置若干测点，利用数字图像相关方法，获得测线上各测点的位移和相关系数分布曲线；其特征在于，还包括：步骤5、根据相关系数分布曲线在应变局部化带内部和外部的不同特点，确定测线上与待测应变局部化带有关的两个临界点的坐标，并获得这两个临界点在直角坐标系X′O′Y′下的位移和应变；步骤6、根据变形过程中测线上边界点与相邻临界点之间的变形协调关系，利用临界点的位移、应变和子区尺寸计算测线上待测应变局部带的两边界点在直角坐标系X′O′Y′下的位移；步骤7、利用上述计算得到的测线上待测应变局部带的两边界点的位移信息，获得待测应变局部化带的剪胀角。...

【技术特征摘要】
1.一种应变局部化带剪胀角的光学测量方法，包括：步骤1、采集图像并获得图像上各测点的位移和应变；步骤2、选择任意一条待测应变局部化带，在第一张图像上，选定待测应变局部化带的测量区域，在除第一张图像外的其他各张图像上确定与测量区域有关的包含待测应变局部化带的区域；步骤3、获得待测应变局部化带的倾角θ，将测量区域和包含待测应变局部化带的区域旋转相同的角度α，使待测应变局部化带水平或垂直；步骤4、在旋转后的测量区域上布置一条与旋转后的待测应变部化带切向垂直的测线，建立直角坐标系X′O′Y′，并在该测线上布置若干测点，利用数字图像相关方法，获得测线上各测点的位移和相关系数分布曲线；其特征在于，还包括：步骤5、根据相关系数分布曲线在应变局部化带内部和外部的不同特点，确定测线上与待测应变局部化带有关的两个临界点的坐标，并获得这两个临界点在直角坐标系X′O′Y′下的位移和应变；步骤6、根据变形过程中测线上边界点与相邻临界点之间的变形协调关系，利用临界点的位移、应变和子区尺寸计算测线上待测应变局部带的两边界点在直角坐标系X′O′Y′下的位移；步骤7、利用上述计算得到的测线上待测应变局部带的两边界点的位移信息，获得待测应变局部化带的剪胀角。2.根据权利要求1所述的应变局部化带剪胀角的光学测量方法，其特征在于，步骤6中所述的计算测线上待测应变局部带的两边界点在直角坐标系X′O′Y′下的位移，公式如下：其中，和分别表示测线上待测应变局部化带的任意边界点在直角坐标系X′O′Y′下的X′方向的位移、Y′方向的位移，u表示与任意边界点相邻的临界点的X′方向的位移，v表示与任意边界点相邻的临界点的Y′方向的位移，表示与任意边界点相邻的临界点的X′方向的线应变，表示与任意边界点相邻的临界点的X′方向的位移关于Y′方向的偏导数，表示与任意边界点相邻的临界点的Y′方向的位移关于X′方向的偏导数，表示与任意边界点相邻的临界点的Y′方向的线应变，ΔX′表示任意边界点与相邻临界点的X′方向的坐标差，ΔY′表示任意边界点与相邻临界点的Y′方向的坐标差。3.根据权利要求1所述的应变局部化带剪胀角的光学测量方法，其特征在于，步骤7中所述的剪胀角的计算，公式如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：王学滨，侯文腾，董伟，张博闻，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21