数字图像相关计算参数优化与工程应用

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数字图像相关方法因其具有高精度、非接触,全场测量的优点而被广泛应用于土木工程学科的结构检测,鉴定与监测等领域当中。据此开发的三维非接触式应变测量系统软件能够对测试目标实现快速的应变与位移计算。作为一种高效感知结构变形并获取结构变形参数的测试方法,其精度往往是优先考虑的衡量指标。在实际的数据处理与分析的过程中,计算参数的选择往往会成为影响精度的重要因素,因此,确定计算参数的最优取值区间,来确保数字图像相关方法应用于实际工程测量结果的准确性是十分有必要的。本文首先研究了计算参数对数字图像相关方法精度的影响。分别从计算子区,计算步长,应变窗口尺寸等计算参数出发,基于matlab平台设计了亚像素平移散斑模拟的程序,生成20幅平移量为0.05个像素的数字散斑图,而后施加随机高斯白噪声并据此绘制了SSSIG-RM SE的关系曲线图,从理论方面得到了最优计算子区的取值范围。同时基于3D打印散斑拉伸试验,通过空载时刻的噪声等级选取了子区,步长,应变窗口的大小,并最终完成一系列的计算参数的优化。优化结果表面:当模板尺寸为27pixel~33pixel时,计算步长在19pixel~23pixel,应变窗口尺寸在21pixel~25pixel的区间范围内对DIC测量结果影响很小,其精度较高,误差较小。为了从实际工程角度证明所优化参数的有效性,检验其实际计算精度,设计了矢跨比为1:4,截面尺寸为4400 mm×1530 mm×1100 mm的铝合金板-杆组合结构并开展了铝合金蜂窝板柱面组合网壳极限承载与失稳分析的试验,分别从数字图像相关方法,非线性有限元Abaqus仿真模拟的角度出发比较了两种方法得出的位移结果与试验实测值(电测法)结果(62.00mm)之间的误差。该结果表面:通过数字图像相关方法测算得出的柱面网壳跨中最大位移为61.28mm,与试验实测值相比其误差为1.16%;考虑双重非线性效应的有限元模型模拟的跨中最大位移为65.92mm,与试验实测值相比其误差为6.32%;考虑跳跃失稳与结构屈曲的有限元模型模拟的跨中最大位移为66.89mm,与试验实测值相比其误差为7.89%。由此可以看出,较之于有限元仿真方法,数字图像相关方法在结构的位移测量方面具有较高的精度,这也从侧面论证了所优化计算参数的最佳取值范围的可靠性与有效性。
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