[发明专利]基于数字图像测试压电复合结构层间动态应力的方法

说明书

本发明公开了一种基于数字图像测试压电复合结构层间动态应力的方法，首先制作两块相同的打印有散斑场的透明试件，其中一块在其打印有散斑场的一面的中心粘合压电陶瓷形成压电复合结构试件，另一块作为标定板；然后使用高速CCD相机采集标定板的散斑图像，作为标定图像；接着对压电复合结构试件的压电陶瓷通电，使其振动，并根据Nyquist采样定理使用高速CCD相机采集通电后压电复合结构试件上的散斑图像，作为试验图像；最后根据标定图像以及试验图像进行计算，得到被测试压电复合结构的层间动态应力。本发明结合数字图像解决了无法直接测试压电复合结构内部结合面应力应变的问题，为压电复合结构的疲劳寿命、结构设计提供指导。

技术领域

本发明涉及动态实验力学领域及非接触光学测量领域，尤其涉及一种基于数字图像测试压电复合结构层间动态应力的方法。

背景技术

在许多工程领域中，诸如航空航天、土木、汽车以及电子封装。都大量用到压电材料与其他基体材料结合而成的智能结构，这种智能结构结合界面的力学行为严重影响到结构的断裂破坏以及使用寿命。因此研究这种复合结构结合界面的力学行为对合适材料的选择和结构设计具有十分重要的意义。目前应用最广泛的测试方法是数字图像相关（DigitalImage Correlation, DIC）方法，它是一种非接触光学测量方法，其具有设备简单，对环境要求低，测量精度高和非接触性等特点。但是这种测试方法只能测试被测试件的表面应力，无法直接测量出结合界面的动态应力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中现有测量技术无法直接测量复合结构结合界面应力应变的问题，提供一种基于数字图像测试压电复合结构层间动态应力的方法，根据相似性原则制作出部分透明的压电复合结构，能够直接测试出压电复合结构的层间动态应力。该方法加工制作简单，成本低廉，普适性高。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于数字图像测试压电复合结构层间动态应力的方法，包括以下步骤：

步骤1），按照以下步骤制作两块相同的打印有散斑场的透明试件：

步骤1.1），制作杨氏模量和被测试件基体杨氏模量在预设的第一误差阈值之内且泊松比和被测试件基体泊松比在预设的第二误差阈值之内的透明基体，并将该透明基体制作成与被测试件基体形状完全一样的透明试件；

步骤1.2），使用Mimaki散斑打印机将散斑场打印到透明试件的一个表面，并在该表面喷涂底漆，使得从透明试件的另一个表面能够清晰的拍摄出散斑场；

步骤2），使用胶合剂将被测试件的压电陶瓷与其中一块透明试件喷有底漆的一面的中心粘合在一起，通过加压、加温后制成压电复合结构试件；将另外一块透明试件作为标定板；

步骤3），使用高速CCD相机从标定板远离底漆的一面垂直于标定板进行拍摄，采集标定板的散斑图像作为标定图像；

步骤4），对压电复合结构试件的压电陶瓷通电，使其振动，并根据Nyquist采样定理使用高速CCD相机从压电复合结构试件透明试件远离底漆的一面垂直于其进行拍摄，采集通电后压电复合结构试件上的散斑图像作为试验图像；

步骤5），根据所采集到的标定图像和试验图像进行计算，得到被测试压电复合结构的层间动态应力。

作为本发明基于数字图像测试压电复合结构层间动态应力的方法进一步的优化方案，所述步骤1.1）中的透明基体采用环氧树脂透明滴胶和固化剂混合制作而成。

作为本发明基于数字图像测试压电复合结构层间动态应力的方法进一步的优化方案，所述步骤1.2）中使用Mimaki散斑打印机将散斑场打印到透明试件的一个表面前，对透明试件的该表面使用酒精清洁。