一种结合SPM和DIC技术的应变场计算方法技术

一种结合SPM和DIC技术的应变场计算方法，包括如下步骤：在MATLAB软件中随机生成模拟散斑图，并检测散斑图质量是否合格；对待测试件进行机加工、预处理，基于模拟散斑图，采用光刻技术在试件表面制备微纳米散斑；采用带SPM的加载试验机对试件进行分段加载试验，获得试件在变形前的参考图像和变形后的目标图像；对参考图像和目标图像进行数字图像相关分析，计算参考图像和目标图像的零均值归一化的最小平方距离相关函数，获得试件的变形位移场；对位移场进行平滑处理，消除位移场的系统随机误差，得到试件真实的位移场数据；对试件的真实位移场数据进行差分，即可得到待测试件的真实应变场数据；本发明专利技术可以大幅提高应变场测量的计算精度。

A calculation method of strain field combining SPM and DIC Technology

A strain field calculation method combining SPM and DIC technology, including the following steps: randomly generate the simulated speckle pattern in MATLAB software, and check whether the quality of the speckle pattern is qualified; machine and preprocess the test piece, based on the simulated speckle pattern, use lithography technology to prepare micro nano speckle on the surface of the test piece; use the loading machine with SPM to carry out sectional loading test on the test piece Test, obtain the reference image before deformation and the target image after deformation; carry out digital image correlation analysis on the reference image and the target image, calculate the minimum square distance correlation function normalized by the zero mean value of the reference image and the target image, and obtain the deformation displacement field of the test piece; smooth the displacement field, eliminate the system random error of the displacement field, and obtain the true of the test piece The invention can greatly improve the calculation accuracy of strain field measurement.

【技术实现步骤摘要】
一种结合SPM和DIC技术的应变场计算方法
本专利技术涉及应变测量
，具体涉及一种结合扫描探针显微镜(SPM)和数字图像相关技术(DIC)的应变场计算方法。
技术实现思路
微纳米尺度下的应力/应变测量方法是实验力学研究的重要方向之一，在已有的方法中，显微拉曼光谱法具有微米级空间分辨率、无损非接触、对本征和非本征应力应变均敏感等特点，成为研究低维纳米材料力学行为的有效试验手段。目前，扫描电子显微镜(SEM)、扫描探针显微镜(SPM)和投射电子显微镜(TEM)是主要的观测手段，将SEM、SPM和TEM的高分辨能力与光测力学的测量理论相结合，发展出了若干种具有微纳米尺度分辨率的试验力学新方法。具体而言，基于SPM技术，采用数字图像相关法(DIC)的微纳米尺度下的应变场分析，代表了目前先进的现代光测力学方法，其具有非接触式、全场应变和自然光源等优点，基于SPM的DIC技术已经在材料特性表达、温度变形、断裂分析、微电子可靠性评估以及立体匹配等诸多领域有所应用，并取得了一定的学术研究成果。然而，在将SPM技术与DIC方法相结合以解决微纳米尺度下的应变场分析时，现有的研究往往忽略了待测试件表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结合SPM和DIC技术的应变场计算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：采用MATLAB软件，在计算机中生成一系列随机分布的点，构成模拟散斑图，采用统计参数平均灰度梯度衡量散斑图质量的有效参数，当模拟散斑图的平均灰度梯度满足预设条件时，判断模拟散斑图质量合格并进行下一步骤，否则，重新生成模拟散斑图并进行新的质量评价；步骤2：对待测试件进行机加工，通过线切割技术达到设计的几何尺寸，再进行细砂纸打磨、抛光以及清洗操作；步骤3：基于步骤1中质量合格的模拟散斑图，采用光刻技术在待测试件表面形成微纳米尺度散斑；步骤4：选择带扫描探针显微镜(SPM)的加载试验机对待测试件进行分段加载试验，预先调...

【技术特征摘要】
1.一种结合SPM和DIC技术的应变场计算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：采用MATLAB软件，在计算机中生成一系列随机分布的点，构成模拟散斑图，采用统计参数平均灰度梯度衡量散斑图质量的有效参数，当模拟散斑图的平均灰度梯度满足预设条件时，判断模拟散斑图质量合格并进行下一步骤，否则，重新生成模拟散斑图并进行新的质量评价；步骤2：对待测试件进行机加工，通过线切割技术达到设计的几何尺寸，再进行细砂纸打磨、抛光以及清洗操作；步骤3：基于步骤1中质量合格的模拟散斑图，采用光刻技术在待测试件表面形成微纳米尺度散斑；步骤4：选择带扫描探针显微镜(SPM)的加载试验机对待测试件进行分段加载试验，预先调整好扫描探针显微镜的放大倍数和对比度，每段加载结束后通过扫描探针显微镜对试件进行图像采集，并从中选取待测试件在变形前和变形后的典型图像，分别记为参考图像和目标图像；步骤5：结合计算机软件对参考图像和目标图像进行数字图像相关分析(DIC技术)，获得待测试件拍摄区域的变形位移场；步骤6：对待测试件的位移场数据进行自适应平滑处理，对平滑处理后的位移场进行差分处理即可得到高精度应变场。2.根据权利要求1所述的应变场计算方法，在所述步骤1中，具体通过如下算法确定可用的模拟散斑图：基于如下公式计算模拟散斑图的平均灰度梯度衡量δf值，当δf值大于某一预设阈值时，重新生成随机的模拟散斑图，直至该模拟散斑图的平均灰度梯度衡量δf值低于所述预设阈值：其中，参数W和H分别是模拟散斑图的高度和宽度像素值，表示模拟散斑图中的每个像素点的灰度梯度矢量的模，参数fx(xij)和fy(xij)分别表示像素点xij在x和y方向上的灰度的导数，基于数字图像像素灰度值的计算原理，可以采用如下公式计算：fx(xij)＝f(i+1,j)-f(i,j)fy(xij)＝f(i,j+1)-f(i,j)其中，参数f(i,j)表示像素点xij的灰度值。3.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张遥奇，柏文琦，向德，李庆先，王晋威，
申请(专利权)人：湖南省计量检测研究院，
类型：发明
国别省市：湖南,43