雷振坤[1]2002年在《彩色域数字光弹性中数据采集技术的应用研究》文中研究说明用光弹性实验处理实际问题时，在数据自动采集与处理中，如何获得单纯等倾线的问题仍是一大难点，此外就是如何进一步提高叁维冻结模型薄切片的等色线定级精度问题也比较困难。根据白光入射时应力模型在偏振仪光学系统中的等色线条纹是彩色的特点，本论文采用彩色数码相机作为数据采集与输入设备，结合彩色信息图像处理和BP神经网络等新技术，对上述两个难题进行了系统的研究，获得以下成果： 在综合前人工作的基础上，提出获得全场单纯的等倾角相图的五步彩色相移法。其特点是在白光入射下平面偏振仪光学系统中，用彩色数码相机采集包括背景光强在内的不同偏振场设置下的五幅彩色图像，通过运算就可以得到[0—π/2]范围内的等倾角。用计算机仿真模拟和实验验证以及用复杂二维和叁维工程应用问题作对比，可知本方法比其它方法要好。 在五步彩色相移法确定等倾角的过程中，主要误差源有起偏镜或分析镜的方位角不准确、模型因边缘效应而产生的初应力和平面偏振仪光学系统中的光强变化。本文提出它们影响五步彩色相移法的定量误差分析方法；提出控制各误差的具体指标；给出了避免或降低这些误差源影响的措施，为合理设计制造仪器、指导实验和保证实验结果的精度提供了依据。顺便指出，本文所提出的误差分析方法，对光弹性相移法都具有普遍意义。 提出基于BP神经网络的彩色域等色线自动定级法。其特点是通过BP神经网络建立图像中像素点的R、G、B颜色值与条纹级数N之间的非线性关系；可以准确地得到3级以内等色线条纹级数。本方法对提高条纹稀疏且无零级等色线的叁维应力冻结模型薄切片的定级精度有重要作用。 要采用计算机自动处理光弹性条纹图像，仅有各种条纹图像分析处理算法是不够的，而必须将算法编制于软件之中。本文开发形成一套与计算机设备无关的数字光弹性图像处理软件，用来实现本文提出的数字光弹性方法。附加功能还有对径压缩圆盘理论仿真模拟、各种误差分析、相位去包裹和图像信息实时显示等，它为今后进一步开发奠定基础。
雷振坤, 云大真, 亢一澜, 邵龙潭[2]2004年在《数字光弹性法综述》文中进行了进一步梳理将光弹性法与计算机图像处理技术相结合 ,来自动采集光弹性数据和分析应力的方法 ,称为数字光弹性法 ,与传统光弹性法相比 ,它可以进一步提高实验速度和精度。本文详细讨论了以下两个方面 :一是光弹性条纹的细化和倍增处理技术 ;二是自动确定光弹性参数的技术 ,包括相移法、傅立叶变换法、逐步载荷法、广谱分析法和RGB光弹性法等。通过对近二十年来国内外在这些方面的研究、应用和进展作了综述 ,认为采用白光的彩色域相移技术计算光弹性等倾角 ,结合采用白光源或叁色光源的相移法来确定光弹性等色线级数 ,有望成为解决静态二维和叁维冻结模型薄切片应力分析的最佳方法 ;另外 ,设计一种能实时和同步采集多幅条纹图的实验装置 ,通过相移法来自动获取动态光弹性数据 ,是数字动态光弹性法很有前景的发展方向
陈振生[3]2003年在《光弹性应力分析的数据自动采集和图像处理及弹塑性问题的混合解法》文中提出众所周知，光弹性应力分析已是比较成熟的结构应力分析方法，但由于实验材料等因素的限制，使光塑性的研究陷入了困境。本文的目的就是要探索一种求解小变形弹塑性问题的光弹性应力分析方法。基于这种设想，主要做了两方面的工作：一是实现了利用光弹性实验的弹性解，结合弹塑性力学模型理论和塑性力学形变理论，求解弹塑性问题的混合解法；二是将上述方法与计算机的图像处理系统相结合，实现方法上的进一步突破。 结构弹塑性分析的弹性解法是以弹塑性力学的模型理论和塑性力学形变理论为基础的，具体做法是利用实际工程中由实验或者计算等方法获得表征复杂结构弹性阶段应力状态的原始数据，根据弹性力学和塑性力学方程的相似关系和被实验材料的广义应力应变曲线，采用新的分析方法和实验手段，将弹性解转换成对应的弹塑性解。在程序实现中，本文采用了结构分析与优化设计的方法，使用面向对象的Visual Basic程序设计语言，并利用数据库来统一管理原始数据和计算结果。程序操作方便，使用简单，计算结果可以通过图形方式显示。在算例方面，论文分别采用光弹性法和电测法对带中心圆孔无限宽板的平面问题和圆阶梯轴的叁维问题进行了验证，并将分析结果与相关文献进行比较，得到了一致的结果，从而验证了理论分析的合理性及本方法的正确性。 将光弹性方法和计算机相结合，实现光弹性图像的自动识别功能是近年来实验力学发展的主要方向之一。把实验中拍摄到的光弹性图像输入到计算机中，利用自动处理系统获得等色线和等倾线等原始数据并将其直接输入数据库中，再依据本文提供的原理和方法求解结构的弹塑性应力值，可以大大的提高分析效率和实验精度。但由于时间关系，加上光弹性图像自动处理本身的困难性(如单纯等倾线的提取等)，本文只列举了当前的研究状况，并对对径压缩圆盘的理论进行了仿真模拟，作为论文进一步研究的基础。这一部分的内容主要在第叁章。 计算解和理论解的误差分析表明，最大误差都在允许范围内，从而验证本方法是行之有效的，可以用于工程实际。
云海[4]2006年在《形貌影栅云纹法和相移干涉全息光弹性法的数字仿真研究》文中提出数字形貌重建光测原理(数字形貌光测法)是一门发展中新的学科领域。它是力学、实验力学、光测力学、实验应用物理和物理光学工程等科学工作者以现代光测法中的数字光弹性、数字面内与离面位移云纹法、数字散斑和电子散斑剪切干涉法、数字全息干涉法等实验方法为基础，结合现代图像处理技术，正在努力创建的一门宏观及微观重建物体多维形貌、重建光学干涉条纹图像形貌和重建应力、变形分布状态形貌等为基本内容的新学科。本论文所涉及的仅仅是其中被认为是有发展前途和为学者们关注的，旨在为各种物体及光学干涉条纹图像形貌重建的两个课题：数字形貌影栅云纹法(Digital shadow moiré profilometry)和重建获得单独等厚线相位图像的相移干涉全息光弹性法，重点是它们的仿真模拟原理、技术和自动化测量与处理一体化的实验和评估系统。 在应用形貌影栅云纹法进行形貌重建时，为了方便通常采用光场参数不同的点照射——点观测光场，但这种光场的相移值是近似的，且随着光场的不同而异。这就给形貌影栅云纹法的测量和处理实验系统带入一个不确定的初始系统误差，它对正确分析实验测试误差带来许多困难。所以为了使众多的形貌重建结果在研究和应用中具有可比性，就必须探求一个准确、高效和经济的方法，来分析、检测和评估这种初始系统误差，探索其规律性，找出使之趋于可以控制的常差所必须遵循控制条件。只有这样，才可能得到可比的参考数据，供仪器和工程设计者，及实验研究者制定设计和实验测试规范，以利于实际应用。研究认为，按以上对分析方法的要求和欲达到的目标，对于这种实验方法应用基础性的研究工作，采用数字仿真方法是合适的。 鉴于以上原由，本论文把基于影栅虚云纹场原理的数字仿真方法引入形貌影栅云纹法中，提出数字仿真形貌影栅云纹法及自动测量和处理一体化实验系统的原理与技术，开发了与之对应的系列软件。用这个方法和实验系统及系列软件，可以获得优质的云纹图像和各种光场，包括相当于获得精确结果的平行照射—平行观测的标准光场和不同光场参数的等距点照射——点观测等非标准光场的形貌重建结果。实验检测表明，本方法及其实验系统是正确的。 以提出的方法和实验系统为基础，建立起数字仿真形貌影栅云纹法的误差评估系统及其相关软件，具体分析了不同参数的等距点照射——点观测的光场与最大相对误差的变化规律，进而对它们的初始系统误差进行了误差评估，给出了在限定最大相对误差下，必须控制的光场参数的具体数据，为规范设计常用的等距点照射——点观测光场提供了准则。
李双亮[5]2016年在《SU-8胶光弹性微力传感器的研究》文中指出随着对微纳米领域科学研究的不断深入,获取微纳米尺度下物体的力学信息已经成为了研究的热点问题。微力传感器作为MEMS领域中一种重要的微传感器件,能够实现对微纳米尺度下物体的力的测量,被广泛地应用于生物医学、材料化学等领域,并有效地帮助了这些学科取得创新与进展。因此,设计一款具有工艺简单、周期短、成本低,同时灵敏度高、生物兼容性优良、功耗小等特点的微力传感器有着重要的意义。SU-8胶是一种环氧树脂型光刻胶,由于其优良的机械特性、加工特性以及生物兼容性,被广泛地应用于MEMS领域。同时,作为一种光弹性材料,SU-8胶具有良好的光弹性性能。当SU-8胶的内部存在应力时,光束透过后由于光弹性效应会产生双折射现象。光弹性作为一种有效分析和解决光弹性材料结构应力的非接触式实验测量方法,在工程、材料、医学等宏观领域得到了应用,而在MEMS领域的研究却少有报道。本文提出了一种基于光弹性原理的微力测量方法,并基于该方法利用SU-8胶的光弹性效应完成了微力传感器的设计与制作。首先,本文对光弹性原理进行了分析,并对基于光弹性原理的微力测量方法进行了理论验证,对传感器微力测量系统光路进行了设计。其次,对SU-8胶的光弹性性能进行了研究。其中,获取SU-8胶应力光学系数是研究的关键所在。因此,本文设计、搭建了SU-8胶光弹性显微测量光路,并推导了其应力光学系数的计算公式。然后,对通过MEMS工艺制作得到的SU-8胶试样进行了拉伸实验,完成了SU-8胶应力光学系数的测量,其测量值为(3.007+0.081)×10-11m2/N,为微力传感器的设计与制作奠定了基础。最后,依照所提出微力测量方法,设计了微力传感器的结构并对其进行了仿真,通过微制造工艺完成了传感器的制作,并对工艺参数进行了优化。在建立接收光信号与光弹性微力传感器受力关系的基础上,搭建了传感器性能测试实验装置,在SU-8胶材料光弹性条纹的单个半级数范围内完成了性能测试实验。实验结果表明：所设计的传感器的测量区间为0-3000μN,力的灵敏度为1.26667x10-6/μN,线性度误差为8.64%,重复性误差为4.59%,分辨率优于301μN。由测试结果可知,所设计的微力传感器可以实现测量外界微力的大小,并且其工艺简单、制作周期短。此外,由于SU-8胶具有生物兼容性以及光弹性法非接触测量等特点,这种传感器在生物医学、材料化学等领域有着良好的应用潜力和价值。
花世群[6]2013年在《发光光弹性涂层方法研究》文中研究指明发光光弹性涂层(Luminescent photoelastic coating, LPC)方法是近年来基于分子发光原理和传统的光弹性理论相结合,新提出的一种能够用于测量二维以及叁维构件表面全场面内应变／应力分布的实验测试技术。该方法克服了传统光弹性贴片法应用过程中所存在的费时(需要预先制作贴片)、基底加强效应、复杂的后期数据处理(需要多条纹计数和位相去包裹)等诸多问题。目前,国内其他的科研院所在这方面的研究鲜见报道,我校也尚处于研究的起步阶段。本文针对LPC方法实际应用中已有的两种涂层结构(由只含有荧光染料的发光底层和光弹性外层组成的双涂层结构；光弹性涂层内既含有发光染料又含有吸收染料的单涂层结构)信号强度小、信噪比低的局限性,首次提出了在LPC方法中,采用只含有发光染料的新的单涂层结构,通过增大涂层发射信号强度的方法,提高信噪比。并以环氧树脂为光弹性材料,邻苯二甲酸二丁脂为增塑剂,二乙烯叁胺为固化剂,罗丹明B为荧光染料制作的新的单涂层结构开展了如下方面的主要工作：新单涂层结构的理论分析及强度提高实验验证：根据光弹性理论以及光致发光原理,推导了平面应力状态下新单涂层结构的强度公式。通过制作新、旧两种不同结构LPC,以465nm为激发波长,在Cary Eclipse型荧光分光光度计上对这两种涂层的荧光光谱进行测试。实验结果验证了新涂层结构在提高测量信号强度方面的有效性。另外,通过制作具有相同厚度、但发光染料配比不同的新单涂层结构LPC,荧光光谱的测量结果表明：测量信号的强度提高还与涂层中发光染料配比的合理确定(考虑浓度效应)、荧光信号发射波长的选择有直接关系。基于建立厚度——强度标准曲线测量LPC厚度的理论研究及实验验证：为了修正采用喷涂或刷涂方法制作涂层时,构件表面LPC厚度分布的不均匀性对应变测量结果的影响,首次提出基于建立厚度与强度标准曲线的LPC厚度测量方法。具体步骤：(1)制作一系列具有相同厚度,但染料配比不同的LPC,并以465nm为激发波长,在Cary Eclipse型荧光分光光度计上进行荧光光谱测试,确定LPC荧光信号强度I与其厚度h之间满足近似线性关系时的染料最大配比;(2)在实验确定的染料最大配比前提下,制作一系列具有相同染料配比,但厚度不同的标准涂层,通过最小二乘拟合建立I与h之间线性关系标准曲线(线性相关系数大于0.999)。基于光学菲涅尔响应测量LPC折射率的理论研究及实验验证：通过对LPC受斜入射光波激发时,发射光波沿入射光波原路径返回振幅变化的理论分析,提出一种基于LPC光学菲涅尔响应的折射率在线测量方法。实验测量了LPC在入射角为60°波长为465nm光波激发下的涂层折射率。测量结果表明：新的折射率测量方法是可行的,对于其他用途的发光涂层折射率测量同样适用。实验结果为LPC方法采用斜射法应变分离时,与涂层应变无关的光学菲涅尔响应值的计算奠定了基础。斜射法应变分离提取应变相关光学响应的方法研究：为了获得两个单独的主应变值,提出LPC方法中采用激发光波斜入射的主应变分离方法。考虑到激发光波斜入射时,由于折射光与入射光传播方向的不同,造成与涂层应变无关的光学响应和与涂层应变相关的光学响应耦合在一起。为了从耦合的光学响应中获取只与涂层应变相关的光学响应以便应用于主应变分离,理论研究了新涂层结构在激发光波斜入射时涂层应变相关光学响应的提取及主应变分离方法。并通过对信噪比的理论分析,确定了新涂层结构斜入射应变分离时的最优入射角。
参考文献：
[1]. 彩色域数字光弹性中数据采集技术的应用研究[D]. 雷振坤. 大连理工大学. 2002
[2]. 数字光弹性法综述[J]. 雷振坤, 云大真, 亢一澜, 邵龙潭. 实验力学. 2004
[3]. 光弹性应力分析的数据自动采集和图像处理及弹塑性问题的混合解法[D]. 陈振生. 大连理工大学. 2003
[4]. 形貌影栅云纹法和相移干涉全息光弹性法的数字仿真研究[D]. 云海. 大连理工大学. 2006
[5]. SU-8胶光弹性微力传感器的研究[D]. 李双亮. 大连理工大学. 2016
[6]. 发光光弹性涂层方法研究[D]. 花世群. 江苏大学. 2013