一种基于DIC的薄壁结构屈曲强度无损探针测量方法技术

本发明专利技术提供一种基于DIC的薄壁结构屈曲强度无损探针测量方法，包括：在试件表面制作散斑；对试件进行轴压试验，并通过相机拍摄系统对试件进行图像采集，获取图像信息；分析所述图像信息，得到试件在轴压试验中的变形规律，并根据所述变形规律获取初始缺陷位置；对试件施加轴向载荷，并通过探针在试件的初始缺陷位置施加径向扰动；根据探针的最大压力值与轴向载荷组成的数据进行二次拟合，预测试件的极限承载压力。本发明专利技术实现了对薄壁圆柱壳的无损检测，提高了对薄壁圆柱壳缺陷敏感性测量的准确性，且避免了圆柱壳的损耗，节约了成本。节约了成本。节约了成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于DIC的薄壁结构屈曲强度无损探针测量方法


[0001]本专利技术涉及变形检测技术和结构设计领域，尤其涉及一种基于DIC的薄壁结构屈曲强度无损探针测量方法。

技术介绍

[0002]在实际应用中由于薄壁圆柱壳径厚比大，容易在纵向载荷下发生屈曲失稳，而薄壁圆柱壳在制造运输过程中产生的不同程度的初始缺陷会使其结构性能大幅降低。圆柱壳的极限承载能力对结构的初始缺陷十分敏感，这导致薄壁圆柱壳的实际承载能力要比基于完美模型的理论或者数值预测的极限承载能力小很多。如何在薄壳结构的设计阶段合理而准确地考虑初始几何缺陷对屈曲载荷的影响，实现兼具安全性与轻量化特性并且适用于工程应用的屈曲载荷设计方法，一直是需要迫切解决的难点。
[0003]目前，对于圆柱壳的缺陷敏感性问题的研究方法主要是实验和数值模拟相结合。实验主要是通过对薄壁圆柱壳施加不同轴向压力至屈曲失稳，以测量其极限承载能力及缺陷敏感性。但是，在每组实验中，试样均为一次性消耗品，无法重复利用，导致实验成本较高，且对于具有不同初始缺陷的圆柱壳，无法在不损伤试样的情况下定位试样初始缺陷的具体位置。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于DIC的薄壁结构屈曲强度无损探针测量方法。
[0005]一种基于DIC的薄壁结构屈曲强度无损探针测量方法，包括以下步骤：在试件表面制作散斑；对试件进行轴压试验，并通过相机拍摄系统对试件进行图像采集，获取图像信息；分析所述图像信息，得到试件在轴压试验中的变形规律，并根据所述变形规律获取初始缺陷位置；根据所述初始缺陷位置确定测量区域，对试件施加轴向载荷，并通过探针在所述测量区域施加径向扰动；根据探针的最大压力值与轴向载荷组成的数据进行二次拟合，预测试件的极限承载压力。
[0006]在其中一个实施例中，所述在试件表面制作散斑，具体包括：输入散斑参数，所述散斑参数包括散斑直径范围值、散斑间最小与最大间距值和散斑覆盖率规定值；根据试件大小调用对应尺寸的模板，根据散斑参数在模板上生成随机DIC散斑图；通过图案印刷工艺将所述随机DIC散斑图印刷在试件表面。
[0007]在其中一个实施例中，所述图案印刷工艺采用哑光白底黑斑的方式印刷，散斑的反光率为2％～5％。
[0008]在其中一个实施例中，所述相机拍摄系统中包括有若干相机和微型计算机，所述微型计算机连接所述若干相机，所述若干相机环绕试件设置，所述相机为微型照相机，像素为500万及以上。
[0009]在其中一个实施例中，在所述采用相机和微型计算机组成相机拍摄系统之后，在
所述对试件进行轴压试验，并通过所述相机拍摄系统对试件进行图像采集，获取图像信息之前，还包括：获取样本棋盘图案的初始图像；采用相机拍摄系统对多个样本棋盘图案进行图像采集，获取样本图像；基于BA算法通过样本图像与原始图像，计算得到相机的畸变失真参数和倾斜参数；根据所述畸变失真参数和倾斜参数对相机进行畸变校正。
[0010]在其中一个实施例中，所述对试件进行轴压试验，并通过所述相机拍摄系统对试件进行图像采集，获取图像信息，具体包括：对试件施加递增的轴向载荷，控制所述相机拍摄系统对试件的状态进行图像采集，且图像采集的频率和轴向载荷的加载频率相同或呈等比例倍数，获取试件的图像信息。
[0011]在其中一个实施例中，所述分析所述图像信息，得到试件在轴压试验中的变形规律，并根据所述变形规律获取初始缺陷位置，具体包括：获取若干图像信息，根据所述图像信息计算相机的DTL校准参数，所述若干图像信息组合形成试件的立体图像集合；采用2D
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DIC技术对试件的立体图像集合上的对应点进行匹配，获取所有图像点；将所有图像点转换为三维点，并在三维坐标系中进行三维重建；根据三角网格顶点在三维坐标系中推导试件的全场位移变化历程，获取试件在轴压过程中的变形规律；根据所述变形规律确定试件在受到轴向载荷时最先出现位移变化的位置，获取试件的初始缺陷位置。
[0012]在其中一个实施例中，所述分析所述图像信息，得到试件在轴压试验中的变形规律，并根据所述变形规律获取初始缺陷位置，还包括：若所述相机存在两个及以上，则对相机进行平面标定，获取相机参数；通过相机实时采集试件在初始阶段和若干变形阶段的散斑图像，获取初始图像和变形图像；比较所述初始图像和变形图像，获取试件的表面变形点及对应视差数据；根据表面变形点的视差数据和相机参数，重建表面变形点的三维坐标；比较每一变形阶段试件的表面变形点的三维坐标变化，得到试件的全场位移变化历程，根据所述全场位移变化历程获取初始缺陷位置。
[0013]在其中一个实施例中，所述根据探针的最大压力值与轴向载荷组成的数据进行二次拟合，预测试件的极限承载压力，具体包括：提取每个轴向载荷下探针的最大压力值；将每个轴向载荷和对应探针的最大压力组成的数据进行二次拟合；根据二次拟合的结果预测探针压力为0时，对应的轴向载荷大小，即获取试件的极限承载压力。
[0014]在其中一个实施例中，在所述根据探针的最大压力值与轴向载荷组成的数据进行二次拟合，预测试件的极限承载压力之后，还包括：卸载试件所受的径向扰动，对试件施加轴向载荷至试件崩溃，获取压溃瞬间的轴向载荷值；比较所述极限承载压力和压溃瞬间的轴向载荷值。
[0015]相比于现有技术，本专利技术的优点及有益效果在于：通过在试件表面制作散斑，采用相机和微型计算机组成相机拍摄系统，对试件进行轴压试验，并通过相机拍摄系统对试件进行图像采集，获取图像信息，分析图像信息，得到试件在轴压试验中的变形规律，并根据变形规律获取初始缺陷位置，根据初始缺陷位置确定测量区域，对试件施加轴向载荷，并通过探针在试件的测量区域施加径向扰动，根据探针的最大压力值与轴向载荷组成的数据进行二次拟合，预测试件的极限承载压力，从而实现了薄壁结构缺陷定位和极限承载能力的无损测量，降低了实验成本，且提升了测量的准确性。
附图说明
[0016]图1为一个实施例中一种基于全场DIC的薄壁结构缺陷定位和无损测量方法的流程示意图；
[0017]图2为一个实施例中轴压试验的场景示意图；
[0018]图3为一个实施例中试件屈曲强度探针预测的实验设备示意图；
[0019]图4为一个实施例中不同轴压下探针位移与压力关系的三维曲线图；
[0020]图5为一个实施例中探针最大压力与轴向载荷的二次拟合曲线图。
具体实施方式
[0021]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0022]在一个实施例中，如图1至图5所示，提供了一种基于DIC的薄壁结构屈曲强度无损探针测量方法，包括以下步骤：
[0023]步骤S101，在试件表面制作散斑。
[0024]具体地，试件为薄壁圆柱壳，在试件表面制作散斑，便于在对试件进行轴压试验时，通过散斑的变化确定试件的缺陷位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于DIC的薄壁结构屈曲强度无损探针测量方法，其特征在于，包括以下步骤：在试件表面制作散斑；对试件进行轴压试验，并通过相机拍摄系统对试件进行图像采集，获取图像信息；分析所述图像信息，得到试件在轴压试验中的变形规律，并根据所述变形规律获取初始缺陷位置；根据所述初始缺陷位置确定测量区域，对试件施加轴向载荷，并通过探针在所述测量区域施加径向扰动；根据探针的最大压力值与轴向载荷组成的数据进行二次拟合，预测试件的极限承载压力。2.根据权利要求1所述的一种基于DIC的薄壁结构屈曲强度无损探针测量方法，其特征在于，所述在试件表面制作散斑，具体包括：输入散斑参数，所述散斑参数包括散斑直径范围值、散斑间最小与最大间距值和散斑覆盖率规定值；根据试件大小调用对应尺寸的模板，根据散斑参数在模板上生成随机DIC散斑图；通过图案印刷工艺将所述随机DIC散斑图印刷在试件表面。3.根据权利要求2所述的一种基于DIC的薄壁结构屈曲强度无损探针测量方法，其特征在于，所述图案印刷工艺采用哑光白底黑斑的方式印刷，散斑的反光率为2％～5％。4.根据权利要求1所述的一种基于DIC的薄壁结构屈曲强度无损探针测量方法，其特征在于，所述相机拍摄系统中包括有若干相机和微型计算机，所述微型计算机连接所述若干相机，所述若干相机环绕试件设置，所述相机为微型照相机，像素为500万及以上。5.根据权利要求1所述的一种基于DIC的薄壁结构屈曲强度无损探针测量方法，其特征在于，在所述采用相机和微型计算机组成相机拍摄系统之后，在所述对试件进行轴压试验，并通过所述相机拍摄系统对试件进行图像采集，获取图像信息之前，还包括：获取样本棋盘图案的初始图像；采用相机拍摄系统对多个样本棋盘图案进行图像采集，获取样本图像；基于BA算法通过样本图像与原始图像，计算得到相机的畸变失真参数和倾斜参数；根据所述畸变失真参数和倾斜参数对相机进行畸变校正。6.根据权利要求1所述的一种基于DIC的薄壁结构屈曲强度无损探针测量方法，其特征在于，所述对试件进行轴压试验，并通过所述相机拍摄系统对试件进行图像采集，获取图像信息，具体包括：对试件施加递增的轴向载荷，控制所述相机拍摄系统对试件的状态进行图像采集，且图像采集的频率和轴向载荷的加载频率相同或呈等比例倍数，获取...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟福，林高建，朱婷婷，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：