[发明专利]基于三维几何形貌匹配的应变测试方法

权利要求书

1.一种基于三维几何形貌匹配的应变测试方法，其特征在于：所述应变测试方法为：

1)被测样品表面进行处理以形成具有微米级粗糙度结构的表面形貌；

2)采样获得被测样品表面考察区域的微米级三维形貌数据，记为M₀，M₀为初始时刻被测样品表面考察区域三维形貌数据，M₀由若干个包含被测样品表面考察区域峰/谷高度信息的三维数据点P₀(X_i，Y_i，Z_i)构成；

3)在被测样品承受外力发生变形过程中对被测样品表面考察区域的三维形貌信息进行连续测量直至试验停止，初始时刻后按照采样时间间隔Δt测量被测样品表面考察区域三维形貌数据，分别记为M₁、M₂、…、M_n；

4)对步骤2)和步骤3)记录的三维形貌数据M₀、M₁、…、M_n进行处理；

4a)对记录的三维形貌数据M₀、M₁、…、M_n进行拟合得到每一点在各自中位面上的投影点、投影高度和法向矢量；

4b)对三维形貌数据M₀、M₁、…、M_n中的每一点在各自中位面上的投影高度进行归一化处理；

5)计算被测样品表面考察区域的应变

被测样品表面考察区域的变形对应于中位面在空间上的变化，将M₀中位面Q划分虚拟网格，通过相关性匹配分析在后续M₁、M₂…、M_n的各自中位面上找到虚拟网格各节点的对应位置，再通过虚拟网格节点构成的三角形边长变化和均匀应变假设求出被测样品表面考察区域的应变。

2.根据权利要求1所述基于三维几何形貌匹配的应变测试方法，其特征在于：所述步骤3)中，相邻两次的三维形貌数据中后一次三维形貌数据同前一次三维形貌数据相比产生的最大应变不超过5％。

3.根据权利要求1所述基于三维几何形貌匹配的应变测试方法，其特征在于：所述步骤4a)中，具体过程为：

4a1)计算M₀上每一点P₀(X_i，Y_i，Z_i)在中位面Q上的投影点Q₀(x_i，y_i，z_i)和投影高度h₀(x_i，y_i，z_i)，其中，P₀(X_i，Y_i，Z_i)附近的中位面Q采用二项式：

z＝f(x,y)＝ax²+by²+cxy+d

对以P₀(X_i，Y_i，Z_i)为中心、半径为R区域内的三维数据点进行拟合，P₀(X_i，Y_i，Z_i)在中位面Q上的投影高度满足：

其中，(x,y,z)∈z＝f(x,y)，(x_i，y_i，z_i)是使得公式(1)取最小值的投影点Q₀坐标；

点Q₀(x_i，y_i，z_i)处的法向矢量为：

4a2)按照步骤4a1)的拟合方法分别计算M₁、M₂、…、M_n中每一点在各自中位面上的投影点坐标、投影高度和法向矢量。