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数字图像相关技术中插值偏差的理论估计

力学学报 2016年第2期48卷 495-510页

作者：苏勇张青川徐小海郜泽仁程腾中国科学技术大学近代力学系中科院材料力学行为和设计重点实验室合肥230027

数字图像相关测量的普及提出了建立散斑质量评价体系要求,即发展针对不同的数字散斑图能够评估测量精度的标准方法.其中,数字图像相关计算中插值误差引起亚像素位移系统偏差(插值偏差)的估计是评价散斑质量的重要参数,然而至今插值偏差... 详细信息

数字图像相关测量的普及提出了建立散斑质量评价体系要求,即发展针对不同的数字散斑图能够评估测量精度的标准方法.其中,数字图像相关计算中插值误差引起亚像素位移系统偏差(插值偏差)的估计是评价散斑质量的重要参数,然而至今插值偏差与散斑图结构及其插值方法之间的深层机制仍然不明,而且缺乏快速有效的手段估计插值偏差的量级.基于傅里叶方法获得了插值偏差的解析表达式.在满足采样定理的情况下,对其简化得到了插值偏差的带限近似形式和正弦近似形式.插值偏差的正弦近似形式解释了插值偏差随亚像素平移呈正弦形式变化的现象.基于插值偏差的正弦近似公式,提出了决定插值算法用于相关匹配优劣的插值偏差核概念,它表征了插值算法对散斑图特定频率的偏差响应,插值偏差是由插值偏差核与图像功率谱乘积的积分决定的.基于理论分析,提出了一种通过散斑频谱和插值偏差核估计插值偏差的简便有效算法,较之于传统的散斑图平移方法有明显的速度优势.分析了模板大小对估计精度的影响,并通过模拟进行了验证.解释了插值偏差产生的深层机理,解决了长久以来插值偏差难以快速估计的问题.不仅可以用于插值偏差估计,也可以用于插值算法优化,滤波模板选取等问题.对建立散斑质量评价体系,从而制作方便用户的水转印标准散斑也有推动作用.

关键词：数字图像相关插值偏差傅里叶分析

相变复合波在伪弹性TiNi合金薄壁管中的传播

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爆炸与冲击 2021年第1期41卷 53-62页

作者：崔世堂中国科学技术大学近代力学系中科院材料力学行为和设计重点实验室安徽合肥230027

相变可以改变材料的性质,从而严重影响波在介质中传播的结构。采用考虑静水压力和偏应力联合作用的增量型相变本构模型,研究了在拉(压)-扭联合作用下半无限长TiNi合金薄壁管内相变复合波的传播规律。基于广义特征理论分析了相变复合波... 详细信息

相变可以改变材料的性质,从而严重影响波在介质中传播的结构。采用考虑静水压力和偏应力联合作用的增量型相变本构模型,研究了在拉(压)-扭联合作用下半无限长TiNi合金薄壁管内相变复合波的传播规律。基于广义特征理论分析了相变复合波的特征波速及简单波解的基本性质。利用数值方法研究了两种典型情况下管内相变耦合波传播的规律,管内传播的应力路径和波的结构与初始状态及加载幅值有关,展现出和普通弹塑性材料截然不同的性质。

关键词：相变复合应力波伪弹性 TiNi合金薄壁管

光纤分导微梁阵列生化传感装置研制及检测应用

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分析化学 2017年第1期45卷 42-47页

作者：张广平李潮马薇吴尚犬张青川中国科学院材料力学行为和设计重点实验室中国科学技术大学近代力学系

研制了一套基于光杠杆原理的微悬臂梁阵列传感器平台,并通过使用设计制作的微悬臂梁阵列芯片展示其在生物化学方面的检测应用。传感器平台使用光导纤维束分别与激光器耦合作为悬臂梁阵列的扫描光源,具有良好的检测稳定性,检测信号噪声... 详细信息

研制了一套基于光杠杆原理的微悬臂梁阵列传感器平台,并通过使用设计制作的微悬臂梁阵列芯片展示其在生物化学方面的检测应用。传感器平台使用光导纤维束分别与激光器耦合作为悬臂梁阵列的扫描光源,具有良好的检测稳定性,检测信号噪声水平约为2 nm;设计制作的微悬臂梁阵列芯片具有良好的平直度,温度响应均匀一致,各梁温度改变响应灵敏度偏差不超过5.0%。将整套传感系统被用于检测水溶液中的Hg2+,检测浓度范围为1;00 ng/m L;同一浓度下微悬臂梁阵列检测结果曲线一致性良好,平均偏差小于15%。在研制仪器平台上,分别实现了自制和国外商品化芯片对1.0和0.2 ng/m L样品的检测,结果表明,制作的微悬臂梁阵列芯片的检测灵敏度相对较低,需进一步改进悬臂梁阵列制作工艺。

关键词：生物化学传感器光导纤维悬臂梁阵列汞离子定量检测

双重孔径泡沫金属材料的强度和热性能多目标优化设计

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金属学报 2010年第1期46卷 104-110页

作者：寇东鹏虞吉林中国科学技术大学中科院材料力学行为和设计重点实验室合肥230027

对双重孔径泡沫金属稳态热传导过程进行了数值模拟,发现相同密度下双重孔径泡沫金属导热系数高于单一孔径泡沫金属,但随着孔径比增大,材料导热系数减小。通过对有限元计算结果的多项式拟合得到了目标函数,建立了包含强度、隔热和轻质3... 详细信息

对双重孔径泡沫金属稳态热传导过程进行了数值模拟,发现相同密度下双重孔径泡沫金属导热系数高于单一孔径泡沫金属,但随着孔径比增大,材料导热系数减小。通过对有限元计算结果的多项式拟合得到了目标函数,建立了包含强度、隔热和轻质3个目标函数的多目标优化设计数学模型,讨论了构件质量一定的情况下双重孔径泡沫金属材料设计参数的选取,获得了满足强度要求,同时隔热性能最优的泡沫金属孔径比、密度和构件厚度。泡沫金属构件隔热参数——屈服应力图表明,作为同时满足承载和隔热要求的泡沫金属板构件,选用双重孔径泡沫金属的构件综合性能要显著优于单一孔径泡沫金属构件。

关键词：泡沫金属强度热性能多目标优化设计

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Al-Cu多晶锯齿形屈服现象中的尺度效应

物理学报 2006年第7期55卷 3558-3568页

作者：卢俊勇蒋震宇张青川江慧丰刘颢文中国科学技术大学中科院材料力学行为和设计重点实验室合肥230027

对Al-Cu多晶合金锯齿形屈服现象中各特征物理量(应力跌幅、跌落时间和再加载时间)随应变演化的规律进行了系统研究,讨论了不同厚度试件演化结果的区别.同时,这种尺度效应还表现为相同加载条件下1,2mm厚度试件与3mm厚度试件的Portevin-Le... 详细信息

对Al-Cu多晶合金锯齿形屈服现象中各特征物理量(应力跌幅、跌落时间和再加载时间)随应变演化的规律进行了系统研究,讨论了不同厚度试件演化结果的区别.同时,这种尺度效应还表现为相同加载条件下1,2mm厚度试件与3mm厚度试件的Portevin-LeChartelier(PLC)类型的差异.利用非线性时间序列分析的方法对前者在相空间中吸引子的几何特性进行了描述,并通过主分量分析的方法初步判定其中存在着混沌行为.后者演化过程中应力跌落事件按跌落幅度统计分布符合幂律规律,具有自组织临界性特征.最后,借助自组织临界性概念,从微观涨落被非线性机理放大角度尝试性地对PLC变形带的形成提出了一个解释.

关键词：锯齿形屈服尺度效应 Al-Cu合金

数字剪切散斑干涉法研究铝合金中Portevin-Le Chatelier带的离面变形行为

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物理学报 2014年第6期63卷 194-199页

作者：高越符师桦蔡玉龙程腾张青川中国科学技术大学近代力学系中国科学院材料力学行为和设计重点实验室合肥230027

作为Portevin-Le Chatelier(PLC)带的重要特征之一,其离面变形仍缺乏实验研究.本文提出使用数字剪切散斑干涉法研究GB6061铝合金中PLC带的离面变形.通过图像相减得到的条纹图,实时观察了PLC带的几何形貌和传播过程,并获得了PLC带离面位... 详细信息

作为Portevin-Le Chatelier(PLC)带的重要特征之一,其离面变形仍缺乏实验研究.本文提出使用数字剪切散斑干涉法研究GB6061铝合金中PLC带的离面变形.通过图像相减得到的条纹图,实时观察了PLC带的几何形貌和传播过程,并获得了PLC带离面位移分布.在1/15 s内,PLC带的最大离面位移为245 nm,位置偏向于PLC带传播的前沿.在条纹图中,PLC带传播前沿的亮条纹始终较窄.此外,实验还观察到PLC带位置变更和倾角转向的演化过程.实验表明,数字剪切散斑干涉法具有高灵敏度和防震性,是研究PLC带离面变形简便有效的方法.

关键词： Portevin-Le Chatelier效应数字剪切散斑干涉法离面变形

不同加载条件下位错和溶质原子交互作用的数值模拟

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物理学报 2014年第22期63卷 370-376页

作者：何艳生符师桦张青川中国科学技术大学近代力学系中国科学院材料力学行为和设计重点实验室合肥230027

动态应变时效,即位错和溶质原子的动态交互作用,对合金材料的力学性质产生重要影响.本文基于蒙特卡罗方法,建立了"多位错-溶质原子"二维动力学模型,分别模拟了单位错-恒定应力率、多位错-无应力、多位错-恒定应力和多位错-恒定应力率四... 详细信息

动态应变时效,即位错和溶质原子的动态交互作用,对合金材料的力学性质产生重要影响.本文基于蒙特卡罗方法,建立了"多位错-溶质原子"二维动力学模型,分别模拟了单位错-恒定应力率、多位错-无应力、多位错-恒定应力和多位错-恒定应力率四种条件下位错和溶质原子的演化过程.单位错-恒定应力率情况下,低应力率时位错被溶质原子钉扎而无法脱钉,高应力率时位错未被钉扎而一直运动,只有在适当应力率范围内,位错才呈现出反复的钉扎和脱钉;多位错-无应力时,溶质原子向正/负位错的下/上方偏聚;多位错-恒定应力时,位错运动受溶质原子钉扎的影响随应力增大而减小;多位错-恒定应力率时,集群化的钉扎和脱钉过程导致了位错总位移呈现阶梯状的演化.模拟结果表明:"位错-溶质原子"尺度上呈现了动态应变时效微观过程,与其理论描述相一致.

关键词：动态应变时效动力学模型位错运动

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三明治耦合板的能量辐射传递模型

振动与冲击 2023年第9期42卷 86-94,144页

作者：代成浩钟强黄进安王硕陈海波中国科学技术大学近代力学系材料力学行为与设计重点实验室合肥230026

该研究的目的是将能量辐射传递法(radiative energy transfer method,RETM)推广到三明治耦合板模型中。推导了三明治板的振动控制方程,获得结构的波传播特性参数。基于波法推导了三明治耦合板的能量传递系数。根据能量密度控制方程,得... 详细信息

该研究的目的是将能量辐射传递法(radiative energy transfer method,RETM)推广到三明治耦合板模型中。推导了三明治板的振动控制方程,获得结构的波传播特性参数。基于波法推导了三明治耦合板的能量传递系数。根据能量密度控制方程,得到能量密度和功率流强度的核函数。根据惠更斯原理,结构内部的能量可由实源辐射的直接场能量与边界虚源的反射场能量叠加得到。求解第二类Fredholm积分方程获得边界虚源的强度。数值算例结果与模态叠加和功率流分析(power flow analysis,PFA)对比,验证了所建模型的正确性和准确性。对L型耦合三明治板求解,获得其能量密度和功率流分布特征。

关键词：三明治板能量辐射传递法(RETM) 能量传递系数能量密度功率流

空间散斑场捕获大量吸光性颗粒及其红外显微观测

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物理学报 2014年第2期63卷 394-399页

作者：张志刚刘丰瑞张青川程腾伍小平中国科学技术大学近代力学系中国科学院材料力学行为与设计重点实验室合肥230027

光镊技术被广泛应用于捕获和操纵微纳米尺寸颗粒,主要包括捕获水中透明性颗粒和空气中吸光性颗粒两种类型.本文用激光束照射毛玻璃散射片,透射光经透镜会聚后在透镜的像平面附近产生了主观散斑场.该散斑场为空间分布,包含大量的亮斑和暗... 详细信息

光镊技术被广泛应用于捕获和操纵微纳米尺寸颗粒,主要包括捕获水中透明性颗粒和空气中吸光性颗粒两种类型.本文用激光束照射毛玻璃散射片,透射光经透镜会聚后在透镜的像平面附近产生了主观散斑场.该散斑场为空间分布,包含大量的亮斑和暗斑.大量由亮斑包围的暗斑如同一个个空间能量陷阱,被用来捕获大量的吸光性墨粉颗粒,被捕获颗粒的尺寸约2—8μm,密度约1—2 g/cm3.采用红外显微镜拍摄到空间散斑场捕获颗粒的红外像,红外图像显示被捕获颗粒吸光后温度升高,证实了空间散斑场捕获吸光性颗粒的机理为光泳力原理.

关键词：光镊空间散斑场光泳力红外显微