的最大剪切应变γ _的分布图，这一 结果是采用自主开发的基于粒子群优化和Newton-Raphson迭代方法的数字图像相关方法 获得的。可以发现，随着e a的增加，应变局部化带越来越清晰，网络格局越来越明显，从中 选取3条走向一致的应变局部化带作为被测对象，其中，将限制3条应变局部化带的3个四 边形区域12作为计算区域。图8为ε 3= 0.16时走向一致的3条应变局部化带的数据、迭 代初值及多维同步优化过程图，其中粒子数取为3,即迭代初值13-15共计3个，限于篇幅， 未给出其它时的过程图。可以发现，随着迭代代数N的增加，各试探解答不断向各条应 变局部化带的数据16靠拢，最终，各试探解答趋向同一目标，即为所求的真实解答17。图9 为ε a= 0. 16且不同迭代代数时目标函数J的演化图，可以发现，随着迭代代数N的增加， 目标函数J不断降低，这说明试探解答不断向真实解答逼近，当N = 60~100时迭代结果 已趋于稳定。图10为不同纵向应变￡3时被测应变局部化带的间距的演化图，可以发现， 不同￡ 3时，应变局部化带之间的距离有所不同，随着ε a的增加，针对第1条带的真实解答 17-1与针对第2条带的真实解答17-2的间距Cl1有减小的趋势，针对第2条带的真实解答 17-2与针对第3条带的真实解答17-3的间距(1 2有增大的趋势。
【主权项】
1. 一种应变局部化带间距演变规律的多维同步优化测量方法，该方法具体步骤如下： 步骤1 :利用拍摄设备获取在加载条件下试样一个包含散斑表面的数字图像； 步骤2 :利用亚像素数字图像相关方法，获取试样表面的变形场：水平线应变ε x、垂直 线应变ey、剪切应变yxy及最大剪切应变γ 步骤3 :设置计算区域，获取每条应变局部化带中央及其附近的应变数据，该计算区域 可以是包含多条应变局部化带的1个四边形区域，也可是包含1条应变局部化带的四边形 区域的集合； 对于计算区域是包含多条应变局部化带的1个四边形区域的情形： 首先，设置包含多条应变局部化带的1个四边形计算区域； 之后，根据应变场，确定走向一致的应变局部化带的数目m ; 之后，利用插值方法，获取计算区域内光滑性较好的各种应变场； 最后，利用粗估的被测应变局部化带角度和宽度，设置多个狭长四边形区域，每个狭长 四边形区域仅包含1条应变局部化带，获取每条应变局部化带中央及其附近的应变数据； 对于计算区域是包含1条应变局部化带的四边形区域的集合的情形： 首先，根据应变场，确定走向一致的应变局部化带的数目m ; 之后，利用粗估的被测应变局部化带角度和宽度，设置多个狭长四边形区域作为计算 区域，每个狭长四边形区域仅包含1条应变局部化带； 之后，利用插值方法，获取计算区域内光滑性较好的各种应变场； 最后，获取每条应变局部化带中央及其附近的应变数据； 步骤4 :对于每条应变局部化带，设置η个迭代初值和有关迭代参数，对于任一初值，即 一系列平行线段，初值的维数为m+1，其中包括1个斜率和m个截距，利用群智能算法，通过 不断同步迭代，获取各条线段共同的斜率和各自不同的截距； 步骤5 :利用平行线之间距离公式，计算任意两条相邻应变局部化带的间距。2. 根据权利要求1所述的一种应变局部化带间距演变规律的多维同步优化测量方法， 其特征在于，将应变局部化带间距测量问题归结于多维同步优化问题，通过不断同步迭代， 逐渐缩小应变局部化带数据与试探解答之间的偏差，直到满足迭代结束条件。 所述同步迭代是指试探解答向真实解答逼近的过程，在此过程中，m条线段与m条应变 局部化带中央及其附近的应变数据之间的偏差同步逐渐缩小，上述迭代或寻优过程可归结 于使目标函数J达到最小，即其中，下标1代表η个迭代初值中的任一个，I = 1~n ;Cl代表第i条应变局部化带 的数据数目，通常，不同应变局部化带的数据数目不同，i = 1~m ;Sl]代表第i条应变局部 化带的第j个数据的纵坐标，j = 1~Ci, Su= S U(Xu)，为该数据的横坐标；f 代表与 第i条应变局部化带逼近的线段在第j个数据处的纵坐标，由于t是线性函数，所以，f ^ =㈨，bn) = klXl]+bn，4是1个初值（各线段）的共同斜率，b η是1个初值的不同截距， S1^f1,代表1个数据点与1个试探解答中1条线段之间的偏差；欲获取所有数据点与一个 试探解答中所有线段的偏差的平方，需要进行两次求和计算：第1次，对1条应变局部化带 中的所有数据的偏差的平方求和，第2次，对各条应变局部化带的偏差的平方求和；使上述 偏差的平方达到最小的试探解答记为Ω,，Ω,= {1^，1^，1^，...，1^}，其具有唯一性，即为 所求的真实解答。3. 根据权利要求1所述的一种应变局部化带间距演变规律的多维同步优化测量方法， 其特征在于，对于任一个试探解答，其维数比应变局部化带数目m多1，其中包含各条线段 共同的斜率和各自不同的截距。4. 根据权利要求1所述的一种应变局部化带间距演变规律的多维同步优化测量方法， 其特征在于，利用群智能算法的全局并行搜索能力，对试探解答的各条平行线段的不同截 距和共同的斜率同步搜索，兼顾了所有应变局部化带的数据，确保了所得结果的正确性和 唯一性。5. 根据权利要求1所述的一种应变局部化带间距演变规律的多维同步优化测量方法， 其特征在于，利用插值方法对所述计算区域内的由亚像素数字图像相关方法获得的数据量 有限的应变场进行插值，以获取光滑的应变场，根据应变场的特点，获取被测应变局部化带 的数据； 所述应变场的特点包括：（1)最大剪切应变场、线应变场或剪切应变场的统计信息； (2)各条应变局部化带的范围及角度的估计值，上述估计值由直接观察或凭借经验确定。6. 根据权利要求1所述的一种应变局部化带间距演变规律的多维同步优化测量方法， 其特征在于，任意两条相邻应变局部化带的间距Cl1的计算公式为 di= |b (i+1)*-bi>N| sin Θ | b (i+1)*-bi>N | sin [arctan (kj ], i = 1~ (m-1) (2) 其中，参数的下标*代表使目标函数达到最小的参数，亦可采用点到直线距离公式计 算两条相邻应变局部化带的间距，但要求点在一条直线上。7. 根据权利要求1所述的一种应变局部化带间距演变规律的多维同步优化测量方法， 其特征在于，被测应变局部化带是走向一致的，即其角度基本相同。8. 根据权利要求1所述的一种应变局部化带间距演变规律的多维同步优化测量方法， 其特征在于，通过计算在不同应力或应变条件下试样中的相邻应变局部化带之间的间距， 即可获得应变局部化带间距随应力或应变的演变规律。
【专利摘要】本发明提供了一种应变局部化带间距随应力或应变演变规律的观测方法，包括：利用拍摄设备获取试样在加载过程中的数字图像；利用亚像素数字图像相关方法和双三次样条插值方法获取光滑性较好的应变场；获取每条被测应变局部化带的应变数据；设置迭代的初值，任一初值的维数比应变局部化带的数目多1，利用群智能算法，通过不断同步迭代，逐渐缩小各条应变局部化带上的数据与试探解答之间的偏差，最终获得唯一的应变局部化带角度和各自的不同截距；利用两条平行线之间的距离公式，计算任意两条相邻应变局部化带的间距。本发明的优点为：能够保证测量结果的准确性和唯一性，能够获得应变局部化带间距的演变规律，能够实现自动化、批量、高效率测量。
【IPC分类】G01B11/14
【公开号】CN105157588
【申请号】CN201510557390
【发明人】王学滨, 张楠, 杜亚志
【申请人】辽宁工程技术大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年9月5日