1 青岛理工大学土木工程学院, 青岛 266520
2 海洋环境混凝土技术教育部工程研究中心, 青岛 266520
3 青岛青新阳光集团有限公司, 青岛 266404
将钢筋混凝土的方形结构箍筋改变为六肋结构、星形结构, 设计制备出拥有负泊松比效应的钢筋混凝土梁。通过三点弯曲试验和落锤冲击试验数值模拟分析混凝土的抗弯性能, 同时通过数字散斑相关方法分析其变形行为以及泊松比。结果表明: 六肋结构和星形结构的箍筋能够提高混凝土的抗弯承载力, 延缓其裂缝开展, 提高其能量吸收率与弯曲韧性, 星形箍筋的钢筋混凝土抗弯承载力和弯曲韧性系数分别可达22.6 kN及3.86 MPa; 随箍筋结构中内凹角数量的增加, 混凝土的抗弯性能增强, 泊松比反而减小, 且星形箍筋的钢筋混凝土甚至出现了负泊松比的现象, 泊松比最小可达-0.03。
异形箍筋 负泊松比 变形行为 抗弯性能 落锤冲击 数字散斑 irregular-shaped stirrup negative Poisson ratio deformation behavior flexural performance drop hammer impact digital speckle
1 南京航空航天大学航空学院, 江苏 南京 210016
2 东南大学土木工程学院, 江苏 南京 211189
昆虫飞行过程中,翅翼会出现扭转、弯曲、卷翘等交叠现象,各个翅翼间相互遮挡,导致传统光学测量无法直接分辨其飞行姿态。针对透明膜翅的相互遮挡问题,提出基于荧光偏振分像的三维数字图像相关方法,进行多翅翼结构的三维全场变形测量,解决翅翼遮挡的动态测量问题。根据偏振成像原理,采用反射镜、偏振镜与分光棱镜组合的分光光路,实现单个偏振相机测量单色翅翼的三维形貌;结合荧光散斑的光谱特征,在各个相互遮挡的翅翼上制作不同散斑荧光,利用带通滤波片分离各个翅翼上特定光谱的荧光散斑,实现多个翅翼的独立成像和同步测量。开展等厚度薄板相对面形貌、变形的测量实验,标定多个相互遮挡面的测量精度。测量昆虫(知了)翅翼交叠的不同形态,给出了任意相互遮挡翅翼的三维姿态,验证测量方法的可行性。
数字散斑 荧光散斑 偏振分像 翅翼交叠 数字图像相关
嘉应学院物理与电子工程学院,广东 梅州 514015
根据透明介质的光学折射特性,分析了内标法的测量误差,提出了一种激光散斑干涉测量液体折射率的改进方法,设计了一种由完全相同的两个长方体槽组成的双槽结构,其中一槽装有待测透明液体,并以此搭建了一套像面散斑光学测量系统,双槽结构则置于成像透镜和CCD相机之间。首先调节双槽至平行且垂直于光轴放置,利用CCD相机采集一张散斑图,接着调节双槽的夹角使其左右对称地偏转微小角度放置,此时再采集一张散斑图,然后采用数字散斑相关方法进行处理得到变化前后的散斑面内偏移量,最后理论计算出透明液体的折射率。利用这一方法测量了水和乙醇的折射率,并与内标法相比较,结果表明改进方法具有误差小、精度高的特点。
测量 散斑干涉 折射率 数字散斑相关 内标法 激光与光电子学进展
2022, 59(5): 0512001
提出了一种基于卷积神经网络(CNN)的数字散斑图像位移场测量方法。采用给定多种变形模式的精确位移场系列数字散斑图像构建数据集,提出了一种数字散斑图像位移场识别CNN模型。模拟散斑图像的验证实验表明,所提方法对随机变形、轴向均匀变形、剪切变形等模式具有良好的计算效率和测试精度。硅胶单轴拉伸验证实验表明,所提方法也可以精确测试真实实验散斑图像位移场并具有较高的计算效率。所提深度CNN能够高效、精确地测试数字散斑图像位移场,在材料变形测试中具有良好的应用前景。
测量 数字散斑图像 卷积神经网络 位移场 变形测试 光学学报
2021, 41(20): 2012002
1 中国建筑材料科学研究总院有限公司, 绿色建筑材料国家重点实验室, 北京 100024
2 太阳能与建筑节能玻璃材料加工技术北京市重点实验室, 北京 100024
3 中科信工程咨询(北京)有限责任公司, 北京 100039
4 中建材光芯科技有限公司, 山东 枣庄 277100
为实现工业生产中光纤传像材料的微纳米尺度形变监测,基于数字散斑相关理论提出了一种测量离面位移的新方法。运用数字散斑相关算法测得材料变形前后两幅图像之间的面内位移,然后根据楔面化模型即可得到光纤传像材料在显微镜下的离面位移场。介绍了离面位移提取算法的原理,并基于球面化理论对光纤传像材料离面位移测量进行了计算机模拟和实验测试,模拟结果与实验结果均表明该方法可以由二维图像中直观的面内位移直接提取离面位移,可以完成光纤传像材料的实时形变测量。该方法的优点为实验装置十分简单,只需要一部工业相机拍摄显微镜下两幅图像即可完成测量,提取离面位移时无需转换到频域和相位解包操作,适合于动态测量。
测量 数字散斑相关理论 离面位移 光纤材料 动态监测 工业检测 光学学报
2021, 41(17): 1712002
1 中国空气动力研究与发展中心结冰与防除冰重点实验室, 四川 绵阳 621000
2 华中科技大学 材料成形与模具技术国家重点实验室, 湖北 武汉 430074
针对数字散斑投影三维测量技术中的立体匹配问题, 提出基于反向合成高斯牛顿的半全局立体匹配算法。该算法采用基于Census变换的匹配代价值来衡量像素点间的相似性, 通过代价聚合算法增强匹配代价对噪声的鲁棒性; 在此基础上, 提出基于一阶形函数的反向合成高斯牛顿算法, 实现亚像素级别的视差优化; 最后, 提出耦合唯一性检查、左右一致性检查以及连通区域约束的错误视差剔除算法, 消除由遮挡和噪声引起的错误视差。实验结果表明, 该算法可精确、稠密、完整地重建出复杂物体的三维形貌, 重建精度优于0.06mm。
数字散斑投影 立体匹配 反向合成高斯牛顿算法 半全局立体匹配算法 digital speckle projection stereo matching Inverse Compositional Gauss-Newton algorithm semi-global stereo matching algorithm
江苏省特种设备安全监督检验研究院昆山分院, 江苏 昆山 215300
静刚度是起重机械的一项重要安全指标,其主要测量参数为起重机大梁在空载与加指定载荷情况下大梁跨中挠度数值。在加载前后,大梁底部边界灰度特征保持稳定,利用数字散斑相关算法可以准确计算像平面中大梁边界移动量。在已知光学成像系统参数的情况下,由像平面中位移可精确计算大梁物面实际移动量。结合斜轴成像特点搭建了静刚度测量系统,并对斜轴光路系统测量误差进行分析,优化了子区位置与子区大小的选择。利用该系统对模拟大梁移动量进行测量,误差在0.2 mm以内。在30 m远处对起重机大梁进行静刚度实测,测量结果与对照方法一致,表明该方法能够满足现场起重机大梁静刚度测量要求。
静刚度 挠度测量 数字散斑 斜轴成像 相关运算 static stiffness deflection measurement digital speckle oblique axis imaging correlation calculation