【摘 要】
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数字图像相关方法（Digital Image Correlation）简称DIC,是一种直接、高效和经济的光学测量力学技术,以图像分析为基础,测量含有位移和应变的变形场。DIC具有简易的光路、强大的环境适应能力、测量范围广等优点,已经在实验力学和不同的相关研究领域得到了广泛的应用。目前的数字图像相关方法在光照强度,空气湿度,大气不稳定和实验中施加的动载荷,冲击载荷的极端测试条件下的求解精度仍存在一
【基金项目】
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国家自然科学基金:U183920051；
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数字图像相关方法（Digital Image Correlation）简称DIC,是一种直接、高效和经济的光学测量力学技术,以图像分析为基础,测量含有位移和应变的变形场。DIC具有简易的光路、强大的环境适应能力、测量范围广等优点,已经在实验力学和不同的相关研究领域得到了广泛的应用。目前的数字图像相关方法在光照强度,空气湿度,大气不稳定和实验中施加的动载荷,冲击载荷的极端测试条件下的求解精度仍存在一定的不足,不能满足相应测试的实际需求。为了使数字图像相关方法能够从极端测试条件下采集的低质量散斑图像解析高精度的变形场,基于非线性光流方程提出了高阶时域DIC算法,并通过模拟散斑场分析了算法的精度,将算法应用到了岩石巴西圆盘劈裂试验和断裂试验。研究工作获得了以下具体研究成果:（1）针对低质量图像解析高精度变形场问题,提出一种基于非线性光流方程的高阶时域DIC算法。该算法用非线性光流方程建立了散斑图中像素点在变形前后的灰度关系,通过积分建立了时间连续性,并应用最小二乘迭代算法程序得到了变形参数的迭代解,并进行了有效性验证。高阶时域DIC算法可有效抑制环境噪声的低质量图像对测量精度的影响,解决实际测试条件下环境光照强度变化、成像系统不稳定以及加载过程引起的对比度变化等因素影响散斑图像质量,传统算法不能从低质量图像解析高精度变形场的难题。（2）通过巴西圆盘劈裂试验,对比分析传统的DIC方法和新提出的高阶时域DIC方法的测试精度。对散斑图像的求解及变形场的分析表明,高阶时域DIC算法求解的位移场更加平滑,高阶时域DIC算法测量的应变结果更加稳定;对比应变求解的理论值和实验中通过两种方法得到的计算误差,传统DIC算法的计算误差是高阶时域DIC算法的三倍。（3）应用新提出的高阶时域DIC算法开展岩石Ⅰ型和Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹断裂实验。实验通过CCD摄像机观测岩石Ⅰ型和Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹尖端的散斑场,应用高阶时域DIC算法解析高精度位移场,基于裂纹尖端位移场数据计算了Ⅰ型和Ⅱ型应力强度因子,研究Ⅰ型和I-Ⅱ复合型裂纹在岩石内裂纹起裂、稳定扩展（亚临界扩展）和失稳扩展过程中裂纹尖端的变形场及应力强度因子的演化特征。论文提出了基于非线性光流方程的高阶时域DIC算法,发展了高阶时域DIC的算法理论,探索了从极端测试环境的低质量散斑图像解析高精度变形场的DIC技术;应用高阶时域DIC算法研究了岩石的变形及破裂特征,岩石I型和Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的起裂及其扩展特征,为岩石力学实验提供了新的DIC测试技术方法。该论文有图64幅,表33个,参考文献62篇。
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