[发明专利]一种基于数字图像处理的含孔板件应力集中系数测量方法

说明书

本发明公开了一种基于数字图像处理的含孔板件应力集中系数测量方法，包括以下步骤：S1：将含孔板件表面进行打磨及抛光处理之后，使用黑、白哑光漆在含孔板件表面喷出散斑；S2：将表面喷出散斑的含孔板件夹持在万能试验机上，然后由万能试验机对含孔板件施加荷载，同时利用CCD摄像机不断拍摄取样，得到不同时刻含孔板件表面的散斑图；S3：利用图像处理器对含孔板件变形前后的散斑图进行比对，获得全场应变信息；S4：绘制应变曲线图，得到应力集中系数。本发明的测量装置简单、操作方便且计算量较少。

技术领域

本发明涉及涉及弹性力学领域，涉及数字图像相关技术，具体涉及一种基于数字图像处理的含孔板件应力集中系数测量方法。

背景技术

应力集中是指物体中应力局部增高的现象，一般出现在物体形状急剧变化的地方，如缺口、孔洞、沟槽以及有刚性约束处。在应力集中区域，应力的最大值(峰值应力)与物体的几何形状和加载方式等因素有关。随着各向同性的复合材料需求越来越广泛，各种新型复合材料在推广应用时，也必须要面对应力集中问题。特别是针对含孔状结构件制品，其应力集中问题更加突出。

目前国内外的研究人员分析应力集中问题大多采用有限元方法进行模拟分析，例如采用数学解析法和有限元模拟仿真的方法推导有限宽板含孔的应力集中系数。但是有限元方法计算量较大，在实际工程中使用效率不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种基于数字图像处理的含孔板件应力集中系数测量方法，测量装置简单、操作方便且计算量较少。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种基于数字图像处理的含孔板件应力集中系数测量方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

S1：将含孔板件表面进行打磨及抛光处理之后，使用黑、白哑光漆在含孔板件表面喷出散斑；

S2：将表面喷出散斑的含孔板件夹持在万能试验机上，然后由万能试验机对含孔板件施加荷载，同时利用CCD摄像机不断拍摄取样，得到不同时刻含孔板件表面的散斑图；

S3：利用图像处理器对含孔板件变形前后的散斑图进行比对，获得全场应变信息；

S4：绘制应变曲线图，得到应力集中系数。

进一步的，所述步骤S2中，万能试验机以负荷控制的方式进行加载，加载速率为0.5kN/s，加载范围为0-5kN。

进一步的，所述步骤S2中，CCD摄像机水平对准含孔板件后固定；当万能试验机开始施加荷载时，CCD摄像机开始拍摄，直至采集到100张图片时结束，采集频率为10张/秒。

进一步的，所述步骤S3中，选取散斑分布均匀的散斑图；以变形前散斑图作为参照图，将其划分为若干子区；将变形前后散斑图转换为灰度图片，根据灰度值匹配，找出变形后散斑图各子区位置，并与变形前位置比较，得到各变形后的子区相对于参照图的位移，得到相应的位移场；由位移场可以进一步计算得到相应的应变场。

进一步的，所述步骤S3具体包括：

在变形前的散斑图中，选取以所求位移点A(x，y)为中心的一个(2M+1)×(2N+1)像素大小的矩形子区，在变形后的散斑图中，该矩形子区的位置和形状变化到B(x’，y’)；变形前的子区图像用f(x，y)表示，变形后的子区图像用g(x+u，y+v)表示；将变形前后该矩形子区的图像灰度f(x，y)、g(x+u，y+v)代入式(3)进行相关计算：

相关系数C值最大时对应的点B即为点A变形后的终点，根据A、B点的坐标确定目标的位移u、v。

进一步的，所述步骤S3中，在圆孔两侧接近边缘的位置选取两横坐标相等且距离接近的点，并选择多组点进行多次应变分析。