固體力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)報(bào)告

1、固體力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)報(bào)告作者：日期:GBN課程學(xué)習(xí)報(bào)告專業(yè)名稱航空工程學(xué)號(hào)學(xué)生姓名T YH A固體力學(xué)實(shí)驗(yàn)11院（系）名稱： 航空科學(xué)與工程學(xué)院固體力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)報(bào)告一、云紋法1云紋法定義Moir 0源自法語(yǔ)，意思是從中國(guó)傳入的絲綢的“耀眼的光澤”或“波形圖案” 在實(shí)驗(yàn)力學(xué)中，它指的是兩個(gè)空間頻率相差不大的振幅型光柵疊加在一起時(shí)所 產(chǎn)生的明按交錯(cuò)的條紋圖案。通過分析云紋圖案和條紋間距，可以測(cè)量物體的面內(nèi)變形和應(yīng)變以及三維形 貌，這種方法稱為云紋法。如圖所示，云紋實(shí)際上是兩個(gè)光柵間的互相遮擋與透過現(xiàn)象， 云紋中的亮條紋 是由兩個(gè)光柵的白線相交形成的（源于互不遮擋 ），云紋中的暗條紋是由兩個(gè)光柵

2、 的白線與黑線相交形成的（源于互相遮擋）。由于人眼的分辯率或低通濾波性 白條紋中的黑線干擾被忽略了。2云紋法注意要點(diǎn)（1）直線柵云紋法測(cè)試的是由于試件變形和轉(zhuǎn)動(dòng)引起的面內(nèi)位移，不包括剛 體位移（2） 直線柵云紋法中試件的剛體位移不影響云紋的形狀和密度 ，但垂直于柵 線方向的剛體位移會(huì)造成云紋的移動(dòng)。用二維光柵可以同時(shí)測(cè)試 X,Y兩個(gè)方向 的位移場(chǎng)（U場(chǎng)和V場(chǎng)）為了提高云紋的對(duì)比度，一般將試件柵和標(biāo)準(zhǔn)柵盡量靠近，而且光柵黑白線的寬度應(yīng)盡量相等。形成云紋的兩個(gè)光柵的空間頻率相差不能很大(一般相差不到一倍)3 處理方法傳統(tǒng)上利用光學(xué)像機(jī)記錄云紋圖像，人工處理。現(xiàn)在，可以利用數(shù)字相機(jī)，將 云紋圖像記錄

3、的同時(shí)進(jìn)行數(shù)字化處理，并利用計(jì)算機(jī)和數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)云紋 圖像進(jìn)行濾波、增強(qiáng)、提取中心線、擬合、求解位相、解包裹等一系列處理，大大降低了處理難度，加快了處理速度。最終得到離散的位移場(chǎng)U(m,n)、V(m, n ),m, n為像素位置4其他云紋法(1)數(shù)字云紋法(虛擬云紋法)采用虛擬的(數(shù)字化的)標(biāo)準(zhǔn)柵，根據(jù)云紋形成原理，與數(shù)字化的試件柵進(jìn)行 邏輯(乘)運(yùn)算得到云紋。從試件柵變形前后的兩幅云紋圖中 ，得到試件的變形情 況。影像云紋法(Shadow moire)利用柵線與其在某物體表面的投影相重疊所得到的云紋條紋稱為影像云紋。 影像云紋法是一種能夠測(cè)量被測(cè)表面的離面位移或三維形貌的方法。試件柵是

4、標(biāo)準(zhǔn)柵在物體表面的投影，其變形是由于物體表面起伏的輪廓。影像云紋所代表的物理意義是等高線，高度的參考面是標(biāo)準(zhǔn)柵所在的平面，所以影像云紋可以測(cè)物體的三維形貌物體加載前后的三維形貌差，即是物體由于載荷而產(chǎn)生的離面位移。(3) 投影條紋法(Fri nge Pr oject io n )投影條紋法利用平行條紋投影在平面與物體曲表面的兩副圖像，可以對(duì)物體的三維形貌進(jìn)行測(cè)量。條紋線相當(dāng)于等高線。二、云紋干涉法1相交平行光的干涉滿足干涉條件下，兩相交平行光干涉形成等間距干涉條紋。空間頻率fv凹J2光柵衍射方程sin m sin m f3 波前（wave f ront）及波前干涉平行光的波前為平面，如果衍射光

5、柵沒有畸變或均勻畸變，平行光的各級(jí)衍 射光的波前為平面。如果衍射光柵有非均勻畸變，平行光的各級(jí)衍射光的波前為 曲面，并且可以看成多個(gè)不同衍射方向的平面波前的組合4 對(duì)稱入射光的土 1級(jí)衍射光的干涉兩衍射光不產(chǎn)生干涉，記錄不到條紋 （Nu 11場(chǎng)）5 云紋干涉法的測(cè)試一般步驟和技術(shù)要點(diǎn)試件固定在加載架上 （方位最好六維可調(diào)），精確對(duì)試件表面成像，盡量使 用大光圈，試件加載前進(jìn)行光路調(diào)節(jié)（標(biāo)定），得到N UL L場(chǎng)。真正的NU LL場(chǎng) 是優(yōu)質(zhì)光學(xué)系統(tǒng)的體現(xiàn)和消除系統(tǒng)誤差的保障。 機(jī)械或熱加載，記錄條紋，切換U、 V場(chǎng)6 云紋干涉法的應(yīng)用在斷裂力學(xué)中的應(yīng)用一裂尖位移場(chǎng)/應(yīng)變場(chǎng)的測(cè)量，塑性區(qū)的確定，斷

6、裂力 學(xué)理論的驗(yàn)證在電子器件熱-機(jī)械可靠性評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用，焊球熱變形及疲勞壽命的確定塑料封裝材料吸濕膨脹系數(shù)的測(cè)量三、幾何云紋法和云紋干涉法的異同1 不同點(diǎn)條紋形成機(jī)制不同：幾何光學(xué)干涉與物理光學(xué)干涉測(cè)試分辨率相差很大2 相同點(diǎn)是：測(cè)試分辨率都決定于光柵的空間頻率云紋干涉法的條紋成因可借助云紋法的條紋成因理解（交叉入射光的干涉條紋可視為參考柵，但注意其頻率問題）變形的正負(fù)都可用相同方法判斷（轉(zhuǎn)動(dòng)參考柵）條紋處理方法相同實(shí)現(xiàn)相移方法相同（試件柵與參考柵之間的相對(duì)移動(dòng)）四、數(shù)字圖像方法數(shù)字圖像相關(guān)法（D i gital Ima g e Co r rel at ion Method,簡(jiǎn)稱D I C

7、M），又 稱為數(shù)字散斑相關(guān)法（D ig i ta 1 Sp ec kle C o rre la tion Method,簡(jiǎn)稱 DSCM）, 是應(yīng)用于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的一種圖像測(cè)量方法。數(shù)字圖像相關(guān)（Digital Imag e C orr e lation , i. e. D IC）測(cè)量技術(shù)是 應(yīng)用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的一種圖像測(cè)量方法，是一種非接觸的、用于全場(chǎng)形狀、變 形、運(yùn)動(dòng)測(cè)量的方法。它是現(xiàn)代先進(jìn)光電技術(shù)、圖像處理與識(shí)別技術(shù)與計(jì)算機(jī)技 術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是現(xiàn)代光側(cè)力學(xué)領(lǐng)域的又一新進(jìn)展。它將物體表面隨機(jī)分布的 斑點(diǎn)或偽隨機(jī)分布的人工散斑場(chǎng)作為變形信息載體，是一種對(duì)材料或者結(jié)構(gòu)表面在外載荷或其他因素作

8、用下進(jìn)行全場(chǎng)位移和應(yīng)變分析的新的實(shí)驗(yàn)力學(xué)方法。在實(shí)驗(yàn)固體力學(xué)領(lǐng)域中，對(duì)于不同載荷下，材料和結(jié)構(gòu)表面的變形測(cè)量一直是 一個(gè)較難的課題。一般包括接觸式和非接觸式兩種，對(duì)于一般使用的電阻應(yīng)變片 接觸式測(cè)量方法，受其測(cè)量手段的限制，不能得到全場(chǎng)數(shù)據(jù)，且測(cè)量范圍有限，不能 得到物體整體上的變形規(guī)律。而對(duì)于全場(chǎng)的非接觸式光學(xué)測(cè)量方法，包括干涉測(cè) 量技術(shù)（例如全息照相干涉法，散斑千涉法）和非干涉技術(shù)（例如網(wǎng)格法和數(shù)字圖 像相關(guān)測(cè)量法）。由于干涉測(cè)量技術(shù)要求有相干光源，光路復(fù)雜，且測(cè)量結(jié)果易 受外界震動(dòng)的影響，多在具有隔振臺(tái)的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，應(yīng)用范圍受到了極大的限制。而非干涉測(cè)量技術(shù)是通過對(duì)比變形前后物體表面的

9、灰度強(qiáng)度來決定表面變形 量，對(duì)光源和測(cè)量環(huán)境要求較低。數(shù)字圖像相關(guān)測(cè)量技術(shù)可以直接采用自然光源 或白光源，通過具有一定分辨率的C CD相機(jī)采集圖像，并利用相關(guān)算法進(jìn)行圖 像處理得到變形信息，可以說，DIC是一種基于數(shù)字圖像處理和數(shù)值計(jì)算的光學(xué) 測(cè)量方法。由于該技術(shù)的直接處理對(duì)象是數(shù)字圖像，而隨著科學(xué)技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展與更新，數(shù)字圖像的分辨率和清晰程度不斷擴(kuò)大，因此，數(shù)字圖像處 理技術(shù)的測(cè)量精度也在不斷提升。由于數(shù)字圖像測(cè)量技術(shù)的上述優(yōu)點(diǎn)，使得DI C技術(shù)被廣泛接受，并被視為測(cè)量表面變形的一種有力而又靈活的工具五、光學(xué)測(cè)量方法在復(fù)合材料疲勞微觀損傷實(shí)時(shí)測(cè)試中的應(yīng)用試驗(yàn)表明，碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的表面應(yīng)變是不均勻的?？梢栽趶?fù)合 材料疲勞試驗(yàn)件的表面噴涂散斑，在疲勞加載的過程中，捕捉Pmax和Pmi n時(shí) 的試件表面圖像，利用數(shù)字圖像技術(shù)（DIC），對(duì)