基于dic的非接触式全场应变测量系统设计 - 图文(9)

来源：网络收集时间：2026-09-06

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第4章数字图像相关变形测量实验研究及误差析

面生成随机散斑，通过调整喷头与试件间的距离来调节所生成的散斑的大小。对不同散斑大小的试件进行相同的拉伸实验，实验条件和计算所选用的参数均相同，以此来对比散斑大小对计算精度的影响。

随机生成几组不同大小的散斑颗粒，其大小分别为：34.82平方像素、57.68平方像素、118.86平方像素、171.64平方像素、191.44平方像素、349.1 平方像素、1174.78平方像素。对这几组试件分别进行相同的拉伸实验，每次加载约120N的力，来对比应变仪记录值为数字图像相关计算值之间的相对误差，以此来得出散斑大小对实验的影响，为后续实验提供可供参考最佳的散斑大小。散斑颗粒大小为349.1平方像素时应变仪记录应变值与数字图像相关计算出的应变值之间的相对误差如图 4-3

图4-5 散斑大小 349.1 平方像素时的应变对比与相对误差

其他组的试件也进行相同的实验过程，得到不同散斑大小时所产生的相对误差，对于相对误差全部取绝对值。如表4-1所示，从表 4-1 中可以看出，过大与过小的散斑颗粒均会产生较大的计算误差。同时也证明试件表面散斑颗粒的大小对最终的计算精度有重要的影响。虽然散斑大的时候可以更有效的看清信息，可是也会带来相应的误差，所以应尽量避免选取太大的散

燕山大学本科生毕业设计（论文）

斑进行试验。

表4-1 铝合金材料拉伸引伸计记录值与数字图像相关方法计算值的对比加载力 200 400 600 800 1000

计量位移 0.23 0.32 0.34 0.36 0.40

Dic计算位移 0.21 0.29 0.32 0.34 0.38

记录应变 110×10-6 250×10-6 370×10-6 450×10-6 690×10-6

Dic计算应变 100×10-6 280×10-6 320×10-6 460×10-6 640×10-6

4.5 本章小结

本章主要是将理论分析融入实践当中，在实践当中，通过把理论应变值和真实应变值进行对比，得出相应的误差因素，并对数据进行了整理分析，本节从散斑大小方面进行了误差分析，并得出不应选取太大散斑的结论，为后续的试验提供了很好地理论基础和宝贵经验。

结论

数字图像相关方法因其本身独有的特点，在现代测量技术中占有很重要的位置。本文首先通过模拟仿真分析了散斑尺寸、计算子区大小、相关函数等对数字图像相关位移测量精度的影响，运用数值模拟分析得出了最优散斑尺寸。通过动静态实验验证了该方法能够很好地测量物体变形过程中的位移和应变值，具有很好的测量精度。本文的主要研究工作和取得的成果如下：

1.采用模拟散斑图像，通过改变不同的参数研究了计算窗口大小、相关函数、散斑颗粒大小和数量对测量精度和计算效率的影响。计算窗口较小时收敛速度很快，但精度稍差，较大的计算窗口计算精度较高。当计算窗口大于 51×51 像素后，计算速度明显降低，综合考虑，最佳计算窗口大小范围为 31×31~51×51 像素。散斑颗粒大小对计算结果有较明显的影响，对 3~5 像素平均大小散斑颗粒的计算结果最理想。散斑颗粒的数量对计算结果影响很小。

2.设通过对铝合金试件进行静态拉伸实验并分析了不同干扰因素对计算精度的影响，得出了提高精度的一些可行性措施。控制最佳表面散斑颗粒大小，相机光轴与试件表面尽量垂直、光强稳定并清晰成像等。通过对试件进行动态拉伸，验证了数字图像相关方法能够很好地识别动态力加载的波形与频率，并且随着图像采集帧率的增加，计算的精度越高。

3. 在课题研究的过程中，基于所设计的算法进行了计算机编程和仿真，并通过算例对算法进行了对比分析，得出算法的有效性和实用性。

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参考文献

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22 王志．数字图像相关技术的研究及其在断裂力学中的应用[D]．天津：天津大学，2001

23 邢冬梅．数字散斑相关测量方法的研究及其在细观力学中的应用[D]．天津：天津大学，2002

24 杨楠．各向异性核工业石墨断裂力学行为的数值分析和实验研究[D]．天津：天津大学，2002

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