应用于损伤断裂实验的数字图像相关方法研究

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送

2、交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要数字图像相关方法是上世纪八十年代初发展起来的一种现代光测力学方法，具有非接触、全场测量、对测试环境要求较低、测量视场可调、自动化程度高等优点，成为近年来最常用的实验力学测试方法之一。本文主要以数字图像相关方法为基础，解决了材料在损伤断裂过程中的一些亟需测试的问题，进一步扩展了数字图像相关方法的应用范围，主要工作内容如下。1.提出一种识别灰度变化剧烈区域的方法，将试样的变形信息与表面的灰度变化信息相结合，实现对材料损伤部位以及出现时刻的精确识别。通过实

3、验分析验证，表明该方法同时适用于脆性材料和塑性材料损伤部位的识别，且可精确识别离面位移较大部位。同时该方法还可实现对实验整体变形信息的描述，可用于实验的实时监测。2.提出一种对断后图像进行复合处理的方法，利用矩阵描述变形前后图像像素点的对应关系，以实现对脆性材料断后延伸率的精确测量。并对方法涉及的刚体平移位移测试和刚体转角测试精度进行分析；对材料的局部断裂区域进行复合处理，得到此区域的残余塑性变形量；对标距段的区域进行复合处理，测得标距内的断后延伸率，并与引伸计测试结果进行比较。结果表明了该方法测量脆性材料断后延伸率的可行性，且相比较引伸计法具有更好的适用性。3.对铸铁单边

4、缺口试样三点弯实验断裂过程中的多项参数进行测试。将数字图像相关方法与相关性比较法相结合，实现了对裂纹的较好识别以及裂纹扩展速率曲线的绘制；选取裂纹尖端的“U”形位移场进行最小二乘拟合，测得了应力强度因子，并与断裂力学中的理论值进行对比，吻合度较高；对裂纹张开位移进行测试，绘制出CTOD/CMOD-时间、CTOD/CMOD-力曲线。通过对上述参数的测试，表明数字图像相关方法测试断裂实验中多种参数的有效性。关键词：数字图像相关方法；损伤断裂；灰度变化剧烈区域；断后延伸率；复合处理；断裂参数IABSTRACTDigitalImageCorrelationmethod(DIC),w

5、hichisanopticalmeasurementmechanicsmethod,wasoriginallydevelopedfromthe1980’soflastcentury.Ithasmanyremarkableadvantagessuchasnon-contacted,full-field,lowrequirementsontheenvironment,simpleopticalsetup,measurementfieldadjustable,andhighdegreeautomationetc.DICmethodisoneofthemostactiveandpe

6、rspectivemodernopticalmetrologies.ThemaincontentofthispaperistoexpandthescopeofDICmethodbysolvingimportantproblemsappearedinthedamageandfractureexperiment.Inordertosolveimportantproblemsappearinginthedamageandfractureexperiment,theextendedDICmethodisdevelopedinthispaper.Themainachievements

7、areasfollows:1.Aneffectivemethodcombiningthedeformationinformationandgraychangeinformation,whichissuitableforbothbrittlematerialsandplasticmaterials,ispresentedtoidentifythematerial’sdamagearea.Accordingtotheexperimentalresults,themethodissuitableforidentifyin