基于误差控制的裂纹不连续区的全场应变测量方法技术

本发明专利技术提供了一种基于误差控制的裂纹不连续区的全场应变测量方法，通过将不稳定区域按照误差分割成若干个连续的子区域，再对各所述子区域分别计算位移和应变，有效减少裂纹区域的计算结果误差，提高了全场应变测量的计算精度，亦即能够更加精确的处理被测对象开裂过程中，裂纹附近不连续边界的计算问题，从而使得裂纹区域边界的计算结果更加精准，能更加精确的提取出裂纹区域不连续间断面。确的提取出裂纹区域不连续间断面。确的提取出裂纹区域不连续间断面。

【技术实现步骤摘要】
基于误差控制的裂纹不连续区的全场应变测量方法


[0001]本专利技术涉及数字图像相关法的一种应用领域，特别涉及一种基于误差控制 的裂纹不连续区的全场应变测量方法。

技术介绍

[0002]随着光学技术的不断进步，光学测量具有非接触、全场、高空间分辨力和高 精度等优点，传统的应变测量要求实验者能准确判断贴片位置及贴应变片等操 作，光学应变测量正逐渐取代传统的应变测量，其获取的实验数据更加方便、全 面，获得的应变信息更加准确、完整。
[0003]数字图像相关法(Digital image correlation，DIC)是光学测量应变场 的主要手段之一，现如今已广泛应用于材料实验。但是该方法仍然有许多问题需 要进一步优化，例如照明光强的波动，图像采集过程中的各种噪声以及图像像素 整数化和计算程序的舍入误差等，都将影响测量得到的位移场和应变场。
[0004]相关文献自编或者商业软件报道的DIC方法通常的位移精度在
±
0.02～
±ꢀ
0.1pixel之间，因精度太低无法直接通过DIC差分来计算应变。现有技术提出采 用局部最小二乘法拟合的全场应变求解方法，该法能够很好的抑制噪声，从而可 以提高应变测量的精度。
[0005]但上述现有技术在处理裂纹区域时，由于变形不再是连续的，如仍采用局部 最小二乘拟合法进行求解，将导致不连续数据被过度光滑，从而导致在裂纹边界 位置的计算结果误差增大。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于误差控制的裂纹不连续区的全场应变测量 方法，旨在减少裂纹区域的计算结果误差，以提高全场应变测量的计算精度。
[0007]为了实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种基于误差控制的裂纹不连续区的全场应变测量方法，采用数字相关法 处理，待测物受荷变形前的图像称为参考图像，变形后的图像称为现时图像，其 特征在于，包括如下步骤：
[0009]步骤S，判断所述现时图像相对于所述参考图像的位移场是否出现位移突变；
[0010]步骤A，当位移场未出现位移突变时，未突变的位移场所在区域为稳定区域， 对所述稳定区域采用局部最小二乘法进行应变场计算；
[0011]步骤B，当位移场出现位移突变时，已突变的位移场所在区域为不稳定区域， 将所述不稳定区域按照误差分割成若干个连续的子区域，再对各所述子区域分 别计算位移和应变。
[0012]上述技术方案，可以作如下改进：
[0013]作为一种改进，所述步骤S包括如下步骤：
[0014]步骤S1，取所述参考图像的任意一点P(x，y)，确定一区域半径m；
[0015]步骤S2，以点P为中心选择一区域大小为的一个位移场作为区域并依 据所述现时图像对区域中的点进行位移平滑拟合，确定每一点的离散x方向位 移数据和离散y方向位移数据；
[0016]步骤S3，在区域中选择一个圆形子区域Ω，其半径为m，依据所述离散x 方向位移数据和所述离散y方向位移数据计算所述圆形子区域Ω内各点的位移 误差；
[0017]步骤S4，给定一个第一阈值δ0，判断所述位移误差是否小于所述第一阈值， 若是，则认为所述位移场未出现位移突变，若否，则认为所述位移场出现位移突 变。
[0018]作为进一步改进，所述步骤B包括如下步骤：
[0019]步骤B1，对不稳定区域中的点采用一维局部最小二乘法，得出x方向位移 误差和y方向位移误差；
[0020]步骤B2，给定一个第二阈值，将所述点的所述x方向位移误差和所述y方 向位移误差分别与所述第二阈值比较，若高于第二阈值，则该点所在的区域为无 效区域，若低于第二阈值，则该点所在的区域为有效区域；
[0021]步骤B3，对所述有效区域内的点进行位移平滑拟合，并计算有效区域内各 点的应变场。
[0022]上述技术方案，相对于现有技术，具有如下有益效果：
[0023]通过将不稳定区域按照误差分割成若干个连续的子区域，再对各所述子区 域分别计算位移和应变，有效减少裂纹区域的计算结果误差，提高了全场应变测 量的计算精度，亦即能够更加精确的处理被测对象开裂过程中，裂纹附近不连续 边界的计算问题，从而使得裂纹区域边界的计算结果更加精准，能更加精确的提 取出裂纹区域不连续间断面。
附图说明
[0024]图1为最小二乘法计算位移场局部数据点示意图；
[0025]图2为基于误差控制的裂纹不连续区的全场应变测量计算数据点的计算示 意图；图3为单轴拉伸实验中不同方法计算的应变结果的对比；图4为单轴拉伸实验中传统方法和优化方法应变绝对误差的对比。
具体实施方式
[0026]本专利技术提供了一种基于误差控制的裂纹不连续区的全场应变测量方法，该 测量方法，具体步骤如下。
[0027]步骤S，判断所述现时图像相对于所述参考图像的位移场是否出现位移突变。
[0028]步骤S具体包括如下步骤：
[0029]步骤S1，取所述参考图像的任意一点P(x，y)，确定一区域半径m；
[0030]具体地，为求解参考图像中的任意一点(x，y)的变形，可以通过计算以该点 为中心的一个子区域的变形来衡量，假设区域半径为m，则以该点为中心的子区 域占有s＝(2m+1)
×
(2m+1)个像素。
[0031]步骤S2，以点P为中心选择一区域大小为的一个位移场作为区域并依 据所
述现时图像对区域中的点进行位移平滑拟合，确定每一点的离散x方向位 移数据和离散y方向位移数据；
[0032]具体地，位移平滑拟合函数采用二维一次多项式，对于子区域中的任意一点 (x，y)，则有
[0033][0034][0035]式中Δx＝x
‑
x
i
，Δy＝y
‑
y
j
，(x
i
，y
j
)为子区域的中心点的坐标，a0、a1、 a2、b0、b1、b2为待求的拟合多项式系数，和为离散x方向和 y方向位移数据点。
[0036]步骤S3，在区域中选择一个圆形子区域Ω，其半径为m，依据所述离散x 方向位移数据和所述离散y方向位移数据计算所述圆形子区域Ω内各点的位移 误差；
[0037]具体地，选择区域大小为为了减小边界数据对中 心数据的过度影响，在区域中选择一个圆形子区域如图1所示。
[0038]步骤S4，给定一个第一阈值，判断所述位移误差是否小于所述第一阈值， 若是，则认为所述位移场未出现位移突变，若否，则认为所述位移场出现位移突 变。
[0039]具体地，位移误差采用1
‑
范数表示如下：
[0040][0041][0042]然而实际的区域边界可能是任意的一条线或者一个面，如图2所示，将计 算得到的δu按照给定第一阈值δ0划分为三个区域，两个稳定区域，一个不稳定区 域。
[0043]由于不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于误差控制的裂纹不连续区的全场应变测量方法，采用数字相关法处理，待测物受荷变形前的图像称为参考图像，变形后的图像称为现时图像，其特征在于，包括如下步骤：步骤S，判断所述现时图像相对于所述参考图像的位移场是否出现位移突变；步骤A，当位移场未出现位移突变时，未突变的位移场所在区域为稳定区域，对所述稳定区域采用局部最小二乘法进行应变场计算；步骤B，当位移场出现位移突变时，已突变的位移场所在区域为不稳定区域，将所述不稳定区域按照误差分割成若干个连续的子区域，再对各所述子区域分别计算位移和应变。2.根据权利要求1所述基于误差控制的裂纹不连续区的全场应变测量方法，其特征在于，所述步骤S包括如下步骤：步骤S1，取所述参考图像的任意一点P(x,y)，确定一区域半径m；步骤S2，以点P为中心选择一区域大小为的一个位移场作为区域并依据所述现时图像对区域中的点进行位移平滑拟合，确定每一点的离散x方向位移数据和离散y方向位移数据；步骤S3，在区域中选择一个圆形子区域Ω，其半径为m，依据所述离散x方向位移数据和所述离散y方向位移数据计算所述圆形子区域Ω内各点的位移误差；步骤S4，给定一个第一阈值，判断所述位移误差是否小于所述第一阈值，若是，则认为所述位移场未出现位移突变，若否，则认为所述位移场出现位移突变。3.根据权利要求2所述基于误差控制的裂纹不连续区的全场应变测量方法，其特征在于，所述步骤B包括如下步骤：步骤B1，对不稳定区域中的点采用一维局部最小二乘法，得出x方向位移误差和y方向位移误差；步骤B2，给定一个第二阈值，将所述点的所述x方向位移误差和所述y方向位移误差分别与所述第二阈值比较，若高于第二阈值，则该点所在的区域为无效区域，若低于第二阈值，则该点所在的区域为有效区域；步骤B3，对所述有效区域内的点进行位移平滑拟合，并计算有效区域内各点的应变场。4.根据权利要求3所述基于误差控制的裂纹不连续区的全场应变测量方法，其特征在于，所述步骤S1中，包括计算以该点为中心的一个子区域的变形，设区域半径为m，则以该点为中心的子区域占有s＝(2m+1)
×
(2m+1)个像素。5.根据权利要求4所述基于误差控制的裂纹不连续区的全场应变测量方法，其特征在于，所述步骤S2中，位移平滑拟合函数采用二维一次多项式，对于子区...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈江平，
申请(专利权)人：广州城建职业学院，
类型：发明
国别省市：