橡膠材料彈性模量數(shù)字圖像相關(guān)測(cè)定法.docx

《橡膠材料彈性模量數(shù)字圖像相關(guān)測(cè)定法.docx》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、[橡膠材料彈性模量數(shù)字圖像相關(guān)測(cè)定法　　第26卷第2期　　20XX年4月實(shí)驗(yàn)力學(xué)文章編號(hào):1001--0151-07　　*橡膠材料彈性模量數(shù)字圖像相關(guān)測(cè)定法　　胡斌,賀玲鳳,張蕊　　摘要:利用數(shù)字圖像相關(guān)方法測(cè)量了小應(yīng)變下柔性橡膠的彈性模量。用CCD相機(jī)記錄單軸壓縮實(shí)驗(yàn)中圓柱體橡膠試樣表面人工散斑圖像,作為數(shù)字圖像相關(guān)測(cè)量技術(shù)中的變形信息載體。分析了鏡頭畸變對(duì)位移測(cè)量的影響,運(yùn)用數(shù)字圖像相關(guān)法得出小應(yīng)變范圍內(nèi)橡膠的應(yīng)力應(yīng)變曲線,計(jì)算出橡膠的彈性模量。并與采用千分表所得到的結(jié)果進(jìn)行了比較,兩者符合較好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示數(shù)字圖像相關(guān)方法可作為測(cè)量工程中橡膠制品彈性

2、模量的新方法。　　關(guān)鍵詞:數(shù)字圖像相關(guān);橡膠;鏡頭畸變;彈性模量　　中圖分類號(hào):O34;文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A　　0引言　　橡膠是一種工程材料,可制成多種多樣的橡膠制品,使用非常廣泛,其物理性能對(duì)制品的使用性能極其重要。橡膠具有承受大彈性形變的能力,但在實(shí)際應(yīng)用中,往往只承受相當(dāng)小的形變,經(jīng)常受到少于25%的拉伸或壓縮[1]。橡膠工業(yè)中習(xí)慣于用硬度來區(qū)分橡膠,將硬度當(dāng)做小變形下的彈性模量來使用[2]。因此,在設(shè)計(jì)橡膠件時(shí),設(shè)計(jì)人員也就不得不以硬度值來替代彈性模量用以計(jì)算橡膠件的剛度。然而,硬度與彈性模量之間只是一種近似的數(shù)學(xué)關(guān)系[1],而不能得到真實(shí)的彈性模量,因

3、此,準(zhǔn)確地測(cè)量彈性模量對(duì)處理許多普通橡膠的設(shè)計(jì)問題顯得十分重要。　　從整體上來說,橡膠的應(yīng)力應(yīng)變曲線是非線性的,不遵從虎克定律,但是在小應(yīng)變時(shí)橡膠的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系是線性的。因此,在實(shí)際中,常把小的拉伸或壓縮應(yīng)變下的應(yīng)力應(yīng)變曲線的斜率作為其彈性模量[3]。但是,對(duì)于小應(yīng)變小到何種程度沒有一致的觀點(diǎn),本文以[1]在研究中建議所取的應(yīng)變幅度0到10%為研究范圍。由于橡膠材料剛度較小,采用接觸式的測(cè)量方法會(huì)增加橡膠表面剛度,使橡膠拉伸變形失真,給材料的應(yīng)變測(cè)量帶來很大的誤差。因此采用傳統(tǒng)的電阻應(yīng)變片法和云紋法[4]等接觸式測(cè)量方法已經(jīng)不能準(zhǔn)確地測(cè)定橡膠材料的變形。

4、張豐發(fā)等[5]通過采用以電荷耦合裝置為核心的變形測(cè)量系統(tǒng)測(cè)定了大變形條件下柔性橡膠十字形試樣的應(yīng)變和泊松比。ASTM標(biāo)準(zhǔn)[6]中提到,在扁平、平行的壓板間壓縮一個(gè)圓柱形測(cè)試樣片,也可以得到彈性模量,但其對(duì)初始變形過于敏感?！　?shù)字圖像相關(guān)方法是由美國南卡羅萊納州大學(xué)的Peter和Ranson在上世紀(jì)80年代首先提出的[7]。經(jīng)過20多年的發(fā)展,數(shù)字圖像相關(guān)方法以其簡單、無損、全場、非接觸、高精度等優(yōu)點(diǎn)已被作為一種常用的重要光學(xué)測(cè)量手段,應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)力學(xué)及其它科學(xué)研究領(lǐng)域和工程實(shí)際。本文通過圓柱體橡膠試件的單軸壓縮實(shí)驗(yàn),采用數(shù)字圖像相關(guān)測(cè)量系統(tǒng)和千分表得到橡膠

5、小變形下的應(yīng)力應(yīng)變曲線關(guān)系,比較了各自所得的彈性模量值,討論了數(shù)字圖像相關(guān)系統(tǒng)中鏡頭畸變對(duì)位移測(cè)量的影響?！　?收稿日期:20XX-10-27;修訂日期:20XX-12-08:,女,,E-mail:　　152實(shí)驗(yàn)力學(xué)第26卷1數(shù)字圖像相關(guān)方法　　數(shù)字圖像相關(guān)方法的基本原理　　數(shù)字圖像相關(guān)方法利用攝像機(jī)拍攝變形前后被測(cè)物體表面的數(shù)字圖像,通過匹配變形前后數(shù)字圖像中的對(duì)應(yīng)圖像子區(qū)獲得被測(cè)物體表面各點(diǎn)的位移,通常將最開始的圖像稱為/變形前圖像0,其余的各幅圖像稱為/變形后圖像0。其基本原理如圖1所示,在參考圖像中取以某待求點(diǎn)P為中心的@pixels大小的矩形為參

6、考圖像子區(qū),在變形后圖像中通過一定的搜索方法進(jìn)行搜索,并按照選定的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算,獲得相關(guān)系數(shù)取極值的以Pc為中心的目標(biāo)圖像子區(qū),從而確定參考圖像子區(qū)的位移u,v　　圖1變形前后圖像子區(qū)示意圖　　Schematicdiagramofreferenceandtargetsubsets　　考慮圖像子區(qū)的變形,采用一階形函數(shù)來描述其對(duì)應(yīng)關(guān)系,可用下式表達(dá):　　xc=x+u+$x+$yyc=y+v+$x+$y移;$x、$y為點(diǎn)Q到子區(qū)中心點(diǎn)P的距離。,,,為圖像子區(qū)的位移梯度。采用抗干擾能力最強(qiáng)[8]的歸一化最小平方距離相關(guān)函數(shù)來評(píng)價(jià)圖像子區(qū)的相似程度:　　

7、Cf,g(p