材料的力学特性的测量对其应用是十分重要的。与此同时,传统的接触式应变测量方法在应用于柔性材料、特殊环境、大尺寸以及微小试件等特殊领域时,也受到了很多局限。
电阻应变片测量方法,是目前常用的材料变形测量应变的方法,具有精度高,测量结果稳定等优点。但是,电测方法是接触测量、对被测试件要求一定刚度,只能点测量,不能得到全场数据,且测量范围有限,不能测量大应变。
随着计算机技术的发展,实验力学中出现了一种新的摄影测量技术:因具备全场和局部变形测量、非接触测量、对场地要求不高、实现简单、应用范围广的优点。应用例子如下:
1、应用于混凝土结构裂缝变形监测
裂缝是混凝土所出现的各种缺陷尤其值得重视的一种。监视裂缝出现通常采用电测的方法,即在可能开裂区段上连续布置相当数量的应变计,某处应变计的示值跳跃式的增长,这就表示混凝土在该处开裂。电测是点测量,在观测裂缝及附近区域的变形时会遇到困难,而在变形极微小时也难以满足精度要求。为了更精确地进行测量,可以采用图像测量方法。因裂缝本身不反光,在图像中显示为明显的暗区域,为了达到较为满意的计算效果,应尽量增大裂缝与周围区域的反差,保证裂缝中绝大多数点的灰度值低于裂缝附近区域的点的灰度的最小值。通过实验证明数字图像相关方法应用于混凝土结构裂缝在动静态载荷下的变形监侧是可行的。
2、应用于闭孔泡沫铝压缩试验
泡沫金属是一种以金属或金属合金为基体包含大量孔洞的轻质多孔材料,因其独特的结构而具有许多优异的性能。泡沫铝的力学性能还取决于分布在基体金属中的孔洞特征。鉴于传统的测试方法只能对泡沫金属材料的力学性能进行宏观尺度上的整体测量,而很少跟踪个别或者少数几个孔洞在加载过程中的变形情况,使用数字图像测量技术,以泡沫金属表面的自然纹理特征作为图像相关测量技术中的位移信息载体,对试件表面的孔洞变形进行跟踪测量。通过相机拍摄变形前后的图片,经过计算机对图片进行处理计算,利用图像处理技术实现了对闭孔泡沫铝材料受压时力学特性参数的测量。
3、应用于粘接界面细观破坏分析
由于固体火箭发动机绝热层/衬层/推进剂之间的界面两侧材料的力学性能差异,容易在界面处产生应力集中导致微裂纹的萌生、长大,使得界面成为整个结构中的薄弱环节,国内外大量研究表明,粘接界面失效是制约固体火箭发动机贮存寿命的主要因素。观察粘接界面在拉伸过程的变形和破坏过程,并对粘接界面在拉伸过程中的图像进行了相关分析,得到界面的位移场分布,并揭示界面在拉伸过程中力学性能变化的深层次原因。
4、应用于芯片封装热变形测量
由于封装结构中各层材料热膨胀系数的差异很大,封装过后结构中存在着很大的热应力,严重时甚至使器件发生根本性的破坏。因此在电子封装力学封装研究中,封装热应力应变测量变得尤其重要。 利用图像测量相关方法对封装结构在热循环状态下的表面热变形的分布进行了测量,获得了芯片受热后的表面形变和弹性应变分布,并将测量结果与有限元模拟结果以及理论模型进行对比。测量结果表明,测量是可行的,为有限元模拟算法和理论计算方法提供了一种有力的实验依据。
湖南科天健光电技术有限公司在高速图像处理和机器视觉领域有雄厚人才队伍,凝聚了一批具有多年高速图像处理研发和应用经验的有创新精神、有事业心的优秀工程师,在数字摄影测量方面积累了多年经验,工程案例涉及铁路弓网、铁轨检测、振动测量、工程机械和土木工程等各方面。公司自研系统能应用在材料力学性能及变形方面摄影测量技术等多个领域。