[发明专利]基于三维几何形貌匹配的应变测试方法

说明书

本发明公开了一种基于三维几何形貌匹配的应变测试方法，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，采样获得被测样品表面考察区域的微米级三维形貌数据，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，分别记为Msubgt;1/subgt;、Msubgt;2/subgt;、…、Msubgt;n/subgt;，对记录的三维形貌数据Msubgt;0/subgt;、Msubgt;1/subgt;、…、Msubgt;n/subgt;进行处理，计算被测样品表面考察区域的应变；能够在没有样品表面形变过程的照片或照片清晰度不够时，可以依据几何形貌数据的匹配分析获得该样品表面的应变分布，是一种有别于传统数字散斑图像分析方法进行应变测量的新途径。

技术领域

本发明属于应变测量技术领域，具体涉及一种基于三维几何形貌匹配的应变测试方法。

背景技术

目前基于图像分析的应变测试方法过程一般为：对样品表面进行处理，使其表面形成具有较高分辨率的随机散斑图案，在辅助光照的条件下，样品承受外力发生变形，使用标定过的单镜头或多镜头相机进行连续拍照，获得样品变形过程的连续照片，对照片进行图像分析，首先将原始图像按照一定的方法离散为微面，再对后续的图像进行识别匹配，从而跟踪每一个微面在样品变形过程中的位置信息，根据微面的位置信息计算样品对应表面部位的应变，从而获得样品表面应变分布随时间变化的信息。该基于图像分析的应变测试分析方法需要被测试对象形变过程的清晰照片，照片上图像细节信息的完整性和连续性决定了分析的准确性。

虽然基于图像相似性分析的方法被广泛应用于材料表面应变的测量，但当图像分析方法无法使用时(无图像或图像不够清晰)，样品表面的形变过程就很难被测量分析，另外如果想了解物体内部的应变过程也难以通过表面的图像分析获得。

发明内容

本发明的目的就是要针对传统检测方法的不足，提供一种不依赖于图像质量的基于三维几何形貌匹配的应变测试方法。

为实现上述目的，本发明所设计的基于三维几何形貌匹配的应变测试方法：

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