[发明专利]基于二维数字图像相关法的橡胶应变矫正方法和测量装置

说明书

本发明公开了一种基于二维数字图像相关法的橡胶应变矫正方法和装置，所述方法在橡胶试件标距区的正表面划分出测量区，测量区两侧为矫正区；在矫正区通过润滑脂粘附薄片；薄片的硬度高于橡胶试件，且所述润滑脂选择为在拉伸过程中使得薄片可与橡胶试件表面产生相对滑动；在标距区的侧表面对应薄片的位置粘贴挡片；测量区和薄片上均制备有散斑图案；在拉伸实验过程中，记录橡胶试件在加载下的变形图像，利用数字图像相关法得到测量区、2个矫正区的应变数据，利用矫正区的应变数据对测量区的应变数据进行矫正。本发明可消除由于泊松效应以及热膨胀所引起的面外运动对橡胶应变测量的影响，提升应变测量精度，显著降低成本。

技术领域

本发明属于光测力学和材料力学性能测试等领域，具体涉及一种基于二维数字图像相关法的橡胶应变矫正方法和橡胶应变测量装置。

背景技术

目前，在橡胶材料力学性能测试中，一般采用夹式机械引伸计测量橡胶材料在单轴拉伸状态下的轴向应变。但由于夹式机械引伸计直接与橡胶表面接触，因此在一定程度上会引起局部应力集中，并且橡胶材料在较大变形下，夹式机械引伸计的夹持端与橡胶表面间可能会发生相对滑移，因此传统的夹式机械引伸计将存在一定的应变测量误差，以及一台夹式机械引伸计仅能测量单向应变(一般是轴向应变)。因此如何更加准确地测量橡胶材料在拉伸变形下的轴向应变甚至是全场应变，具有一定的研究意义。

由于二维数字图像相关法具有设备简单，以及可以实现非接触全场应变测量等优点，因此二维数字图像相关法逐渐取代传统的夹式机械引伸计，并广泛应用于橡胶应变测量。但当使用二维数字图像相关法测量橡胶在拉伸过程中的应变时，由于泊松效应，橡胶试件将产生横向收缩，即橡胶的测试表面在拉伸中将远离相机，产生面外运动，进而产生应变误差，以及由于相机本身的受热膨胀，也会使得相机内部传感器以及镜头产生轻微面外运动，引起应变误差。因此为了消除面外运动的影响，对于二维数字图像相关法测量橡胶应变来说，一般需要配备昂贵的远心镜头或者长焦镜头，以及使用双边远心镜头将有效减弱由于泊松效应以及热膨胀引起的面外运动对应变测量的影响。但这种昂贵的远心镜头或者长焦镜头，增加了设备成本，不利于二维数字图像相关法在工业上进行橡胶的应变测量。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于二维数字图像相关法的橡胶应变矫正方法和橡胶应变测量装置，用该方案可消除由于泊松效应以及热膨胀所引起的面外运动对橡胶应变测量的影响，从而得到橡胶在变形过程中较高精度的应变值，并且该方法使用普通镜头即可，不需要昂贵的远心镜头或者长焦镜头，从而显著降低了设备成本。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的。

一种基于二维数字图像相关法的橡胶应变矫正方法，包括以下步骤：

在橡胶试件标距区的正表面划分出测量区，测量区两侧为矫正区；在矫正区通过润滑脂粘附2n个薄片，n为正整数，薄片位置关于测量区对称；所述薄片的硬度高于橡胶试件，且所述润滑脂选择为在拉伸过程中使得薄片可与橡胶试件表面产生相对滑动；在标距区的侧表面对应薄片的位置粘贴挡片；测量区和薄片上均制备有散斑图案；

拉伸机夹持橡胶试件，并完成拉伸实验，在实验过程中，记录橡胶试件在加载下的变形图像，利用数字图像相关法得到测量区、2个矫正区的应变数据，利用矫正区的应变数据对测量区的应变数据进行矫正，获得橡胶试件变形过程中的应变值。

优选地，该方法进一步包括：在拉伸橡胶试件前，利用张正友标定法获得相机内参矩阵以及径向畸变系数：

实验过程中记录橡胶试件的变形图像后，利用获得的相机内参矩阵以及径向畸变系数，对变形图像进行畸变矫正。

优选地，所述利用矫正区的应变数据对测量区的应变数据进行矫正为：用测量区的应变数据减去所有薄片应变数据的均值。

优选地，所述测量区和所述薄片上散斑图案的制备方式为：所述薄片采用哑光硬片，将薄片粘附在测量区两侧，在薄片哑光面和测量区涂覆硅油，然后均匀撒上黑色粉末，形成散斑图案。