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多尺度二维数字图像相关测量系统及其应用

东南大学学报（自然科学版） 2017年第2期47卷 242-246页

作者：邵新星何小元张瑾琳东南大学江苏省工程力学分析重点实验室南京210096

为了实现全场多尺度变形测量,利用三轴电动平移台、4台高分辨率相机、3个不同放大倍数的远心镜头和1个显微镜头组成了多尺度二维数字图像相关测量系统,采用该测量装置可实现从宏观到微观尺度的变形测量.实验结果表明:通过置于高精度三... 详细信息

为了实现全场多尺度变形测量,利用三轴电动平移台、4台高分辨率相机、3个不同放大倍数的远心镜头和1个显微镜头组成了多尺度二维数字图像相关测量系统,采用该测量装置可实现从宏观到微观尺度的变形测量.实验结果表明:通过置于高精度三维可控平移台上的二维数字图像相关测量装置,可实现任意微区的跟踪观测.经过标定的测量系统可以对观测区域实现测量尺度的任意切换,达到所需要的测量精度及观测要求.最后对贝氏体钢腐蚀后的表面纹理进行了数字图像相关测量.该测量系统对于裂纹尖端力学行为的研究具有很好的应用前景.

关键词：多尺度测量数字图像相关变形测量裂纹尖端

基于双频彩色光栅投影测量不连续物体三维形貌

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光学精密工程 2013年第1期21卷 7-12页

作者：戴美玲杨福俊何小元东南大学江苏省工程力学分析重点实验室江苏南京210096

为减少多频条纹相移法进行三维形貌测量时的投影条纹数量,提高测量速度,提出了采用双频四步相移彩色条纹投影技术来准确测量具有台阶状不连续或孤立物体表面三维形貌的方法。利用计算机将高低两种不同频率的正弦条纹分别输入彩色图像的... 详细信息

为减少多频条纹相移法进行三维形貌测量时的投影条纹数量,提高测量速度,提出了采用双频四步相移彩色条纹投影技术来准确测量具有台阶状不连续或孤立物体表面三维形貌的方法。利用计算机将高低两种不同频率的正弦条纹分别输入彩色图像的红色和蓝色通道合成为彩色条纹,由数字视频投影仪将四步相移彩色条纹投影到被测物体,然后利用彩色CCD或CMOS相机采集4幅彩色条纹图并存储于计算机中。基于色彩分离技术得到8幅两种不同频率的四步相移条纹图并由图像灰度算法获得1幅反映背景的灰度图像;由低频条纹确定台阶状的物体边缘,高频条纹计算物体的形貌,并通过背景图像的二值化定位阴影和不连续区域。提出的方法仅用4幅彩色图像完成了台阶状不连续或孤立物体三维形貌的准确测量。与现有的多频4步相移条纹投影形貌测量技术需要8～12幅图像相比,该方法有效地减少了条纹投影与图像采集的数量。

关键词：三维形貌测量彩色双频条纹投影相位解包裹台阶状不连续物体

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基于应变模态的模态应变能损伤识别方法

振动．测试与诊断 2019年第1期39卷 25-31,218-219页

作者：周计祥吴邵庆董萼良费庆国东南大学工程力学系南京210096 东南大学江苏省工程力学分析重点实验室南京210096

传统模态应变能计算需要完备模态振型信息,而模态振型信息中存在转角自由度难以准确获取的问题,为解决该问题,开展基于应变模态的模态应变能损伤识别研究,实现了结构损伤的定量识别。首先,通过基于应变与位移之间的联系,推导出应变模态... 详细信息

传统模态应变能计算需要完备模态振型信息,而模态振型信息中存在转角自由度难以准确获取的问题,为解决该问题,开展基于应变模态的模态应变能损伤识别研究,实现了结构损伤的定量识别。首先,通过基于应变与位移之间的联系,推导出应变模态与位移模态之间的转换矩阵;其次,利用应变模态代替位移模态计算单元模态应变能,建立基于灵敏度分析的损伤识别方程组;最后,根据奇异值截断法求解该方程组识别结构损伤。以一两端固支梁结构为对象,开展数值仿真和实验研究。结果表明,该方法可以有效识别出结构的损伤位置和损伤程度,相对于基于振型扩充的模态应变能损伤识别方法,具有更好精度和抗噪性能。

关键词：结构损伤识别模态应变能应变模态灵敏度分析奇异值截断

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水转印数字散斑场用于人体颈动脉全场测量

光学学报 2017年第3期37卷 230-242页

作者：陈振宁邵新星吴家林徐向阳张瑾琳何小元东南大学江苏省工程力学分析重点实验室江苏南京210096

对颈动脉的脉搏波进行测量,是对心脑血管疾病进行科学预防和保健的基础。基于改进的水转印数字散斑场,给出了三维数字图像相关测量系统对人体颈动脉的测量方法。根据人体皮肤颜色的特殊性,采取适用于人体不同肤色的水转印数字散斑场的... 详细信息

对颈动脉的脉搏波进行测量,是对心脑血管疾病进行科学预防和保健的基础。基于改进的水转印数字散斑场,给出了三维数字图像相关测量系统对人体颈动脉的测量方法。根据人体皮肤颜色的特殊性,采取适用于人体不同肤色的水转印数字散斑场的散斑制作方法,并与人体表面自然散斑场进行了对比,证明了水转印数字散斑场更加稳定、准确和高效。通过实验给出了人体颈动脉的波形、频率等基本信息,并对颈动脉的全表面脉搏波时域和空域变形信息进行分析,验证了该方法的有效性。研究工作可为心脑血管疾病的防治提供一定的参考。

关键词：测量三维数字图像相关水转印数字散斑场颈动脉

薄壁球壳受刚性球面压缩的可视化连续变形测量研究

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光学学报 2015年第11期35卷 111-117页

作者：戴美玲刘聪戴云彤王立源张瑾琳杨福俊何小元东南大学江苏省工程力学分析重点实验室江苏南京210096

利用三维数字图像相关(DIC)技术对薄壁球壳受刚性球面压缩的连续变形及失稳过程进行实验研究。实验中,由于乒乓球具有理想的弹塑性材料特性以及薄且均匀的壁厚,所以采用乒乓球作为压缩对象,以透明石英玻璃球作为刚性球面,通过配制与玻... 详细信息

利用三维数字图像相关(DIC)技术对薄壁球壳受刚性球面压缩的连续变形及失稳过程进行实验研究。实验中,由于乒乓球具有理想的弹塑性材料特性以及薄且均匀的壁厚,所以采用乒乓球作为压缩对象,以透明石英玻璃球作为刚性球面,通过配制与玻璃球折射率一致的折射液来消除因玻璃球折射导致的图像畸变影响,从而解决被测表面因遮挡而不可见的问题。利用三维DIC技术对与刚性球面接触的乒乓球表面在压缩过程中的连续变形进行直接测量。实验验证了所提方法的有效性。实验结果表明,通过三维DIC测量得到的乒乓球表面受刚性球面压缩产生的塑性环半径与理论结果非常吻合。

关键词：测量数字图像相关薄壁球壳接触变形折射液可视化

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正交异性钢桥面板的疲劳裂纹扩展规律

中南大学学报（自然科学版） 2020年第7期51卷 1873-1882页

作者：汪珍王莹东南大学江苏省工程力学分析重点实验室江苏南京211189

为了研究正交异性钢桥面板U肋-横隔板的连接部位的疲劳问题,基于扩展有限元方法分析典型疲劳裂纹的扩展机理,并引入U肋-横隔板焊缝的残余应力,分析残余应力对疲劳裂纹扩展的影响。研究结果表明:萌生于横隔板开孔处的疲劳裂纹未考虑残余... 详细信息

为了研究正交异性钢桥面板U肋-横隔板的连接部位的疲劳问题,基于扩展有限元方法分析典型疲劳裂纹的扩展机理,并引入U肋-横隔板焊缝的残余应力,分析残余应力对疲劳裂纹扩展的影响。研究结果表明:萌生于横隔板开孔处的疲劳裂纹未考虑残余应力时不会扩展,加入残余应力后会改变裂纹的应力状态,裂尖应力可以驱动横隔板开孔处的裂纹扩展,裂纹扩展类型为Ⅰ型裂纹;萌生于U肋焊趾处的疲劳裂纹为Ⅰ型主导的Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ复合型裂纹,残余应力会影响裂纹扩展角度;对于萌生于横隔板焊趾处的裂纹,相比于不考虑残余应力的情况,考虑残余应力的裂纹扩展规律与实桥开裂规律相符,说明对于焊缝疲劳裂纹,在疲劳评估时应考虑焊接过程中残余应力对评估结果的影响。

关键词：正交异性钢桥面板扩展有限元法疲劳裂纹残余应力应变能释放率

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基于正交检验法的颤振分析模态跟踪技术

振动与冲击 2017年第19期36卷 84-89,134页

作者：蒋令闻杭晓晨费庆国江苏省工程力学分析重点实验室南京210096 东南大学工程力学系南京210096

模态跟踪是颤振分析的关键问题之一。常见的基于模态置信度的跟踪方法在颤振点附近常会出现错误导致跟踪失败。通过探究该方法的数学机理,阐明了基于模态置信度跟踪方法存在的缺陷,进而引入左特征向量,研究了一种基于正交检验法的模态... 详细信息

模态跟踪是颤振分析的关键问题之一。常见的基于模态置信度的跟踪方法在颤振点附近常会出现错误导致跟踪失败。通过探究该方法的数学机理,阐明了基于模态置信度跟踪方法存在的缺陷,进而引入左特征向量,研究了一种基于正交检验法的模态跟踪技术。采用一悬臂直翼盒模型开展仿真研究,在状态空间下进行颤振分析,基于正交检验法得到其根轨迹图,并将模态跟踪结果与MAC值法进行对比,证明了正交检验法具有更好的模态跟踪效果。

关键词：颤振状态空间特征向量模态跟踪模态置信度

基于散斑相位条纹方向的自适应正弦/余弦滤波

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光学学报 2017年第9期37卷 74-81页

作者：蒋汉阳戴美玲苏志龙杨福俊何小元东南大学江苏省工程力学分析重点实验室江苏南京210096

结合正弦/余弦(sin/cos)滤波技术提出了依据散斑相位条纹图的条纹方向自动选取滤波窗口大小的自适应滤波法。通过计算散斑包裹相位条纹图的条纹方向,依据相位条纹方向自动选择合适的滤波窗口,对散斑包裹相位图的sin和cos变换图同时进行... 详细信息

结合正弦/余弦(sin/cos)滤波技术提出了依据散斑相位条纹图的条纹方向自动选取滤波窗口大小的自适应滤波法。通过计算散斑包裹相位条纹图的条纹方向,依据相位条纹方向自动选择合适的滤波窗口,对散斑包裹相位图的sin和cos变换图同时进行自适应均值滤波,再通过四象限反正切算法得到包裹相位条纹图。实验结果表明,该滤波法能有效保护条纹相位跳变信息,对于条纹密度变化较大且形状复杂的散斑包裹相位图,仍能进行有效的条纹滤波处理,滤波后的相位条纹图更逼近于原始条纹走向。

关键词：图像处理自适应滤波正弦/余弦滤波相位条纹图电子散斑干涉技术数字全息干涉技术

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薄壁球壳受刚性平面压缩的连续变形测量

光学精密工程 2016年第5期24卷 993-1000页

作者：戴美玲徐向阳杨福俊何小元东南大学江苏省工程力学分析重点实验室江苏南京210096

建立了非接触光学测量实验系统,对薄壁球壳受刚性平面压缩的连续变形及失稳行为进行了实验研究。实验以理想弹塑性材料制成的薄且壁厚均匀的乒乓球为压缩对象,采用透明石英玻璃板作为刚性平面,用相机透过玻璃板采集清晰的散斑图像。然... 详细信息

建立了非接触光学测量实验系统,对薄壁球壳受刚性平面压缩的连续变形及失稳行为进行了实验研究。实验以理想弹塑性材料制成的薄且壁厚均匀的乒乓球为压缩对象,采用透明石英玻璃板作为刚性平面,用相机透过玻璃板采集清晰的散斑图像。然后利用具有非接触、全场、高精度等优点的三维数字图像相关(3D-DIC)技术对与刚性平面接触的乒乓球表面的连续变形进行直接测量,同时利用二维数字图像相关技术结合压力传感器得到对应的力-位移关系。实验研究表明,基于3D-DIC方法测量三维表面变形场,实现了对受刚性平面压缩的乒乓球表面从局部压平阶段到轴对称屈曲阶段,进而演化到非轴对称屈曲阶段等力学行为的可视化。实验结果表明,对乒乓球半径的测量精度可达0.5%,利用Abaqus有限元方法得到的结果与实验结果非常吻合,验证了所提方法的有效性。

关键词：数字图像相关连续变形测量三维变形测量薄壁球壳屈曲