采样云纹法与投影条纹法
高温云纹干涉法测定材料力学性能的研究
根 据 面 内位 移干 涉 条 纹 图可 以求 得 试 件 表 面 的应 变 分 布 。设 试 件 表 面 所 在 平 面 为 ｘ— 平 面 ，该 面 内 的 线 应 变 和 剪 应 变 分 别 为 ８ 、 Ｙ Ｘ
ｃ ｘ＝ ， ｅ ＝ ｔ ｎ ＋
ｖ和 ＂ ｙ。 根 据 位 移 和 应 变 的 关 系 可 得 ／ ｘ 密 栅 云 纹 干 涉 法 是 一 种 非 接 触 位 移 测 试 方 法 ，具 有 精 度 高 ， 分 ８
ｓ ： ： ～
… … … …
（ ２）
△ ２ ｙ ｆ ＡＹ
全 反 镜 （ （ ） 称 入 射 到 试 样 （ 的 光 栅 上 。 试 样 受 载 后 光 栅 随 着 ５） ６ 对 ７） 试 样 而变 形 ．两束 入 射 光 的 正负 一 级 衍射 光 相 互 干 涉 形 成 条 纹 ， 经 全 反 镜 （ 、 玻 璃 屏 （ 、 像 镜 （ Ｏ） Ｃ Ｄ 摄 像 机 （ １ 送 人 计 算 ８） 毛 ９） 成 １ 、Ｃ １）
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４６高 ＂ 新技术 企业
一
基 金 项 目 ： 空 支 撑 科 技 基 金 资 助 项 （２ ６０ 航 ０ Ｄ５ ０ １）
高 温 云 纹 干 涉 法 测 定 材 料 力 学 性 能 的 研 究
文 ／蔡 亮 亮 李 禾 严超 华
【 要】 摘 运 用 云 纹干 涉法 的 波前 干 涉原 理和 非 接 触 测 量 面 内位 移 方 法 ，通 过 变形栅 衍 射 的不 同波 前 相 干
２ １ 弹 性 模 量 、 松 比 的 测 量 ． 泊
将 带 有 正 交 栅 （０ ６０线 ／ ｍｍ） 试 件 置 于 带 透 明 窗 １ 的 加 温 炉 中 的 的 ２ １
浅谈现代材料力学实验常用测试手段
的模型试件， 模拟原结构的荷载条件 ， 通过光 弹仪， 测试结构的应力分布情况。
3.4 其 试方 他侧 法
声学方法一般有声弹性法、声发射法和 声全息法。X 射线应力测定方法主要用于无 损伤直接测定试件表面的应力或残余应力。
4 结语
以上各种方法不仅可以侧定应变、应力 和位移， 还可以测定压力、加速度、裂纹扩 展速率以及构件的残余应力等物理量。 针对不同的现场环境和结构， 选择合适的 方法。机测法实验简单， 但是通常设备庞大， 而且一般只能测量结构简单的试件， 因而通常 只是在实验室进行， 适合于材料的基本力学性 能指标的测定.光测方法能够直接得到复杂结 构的应力分布， 但是一般也适合干在实验室进 行。 电测方法测量的范围广泛， 设备便于携带， 而且可以较远距离测量， 所以既适合在实验室 进行也适合在工程现场测量。 当今世界随着高新技术的发展， 新的材料 力学性能测试方法也不断涌现， 因而现有的实 验手段也需要不断更新和完善。
学 术 论 坛
பைடு நூலகம்
20 0 7 NO . 21 S C IE NC E & 下 C I-N OLO OY N F OR MA T IO N 〔
浅谈现代材料力学实验常用测试手段
宋志勇
(热龙江科技学院数学力学系
黑龙江哈尔滨
150027)
摘 要: 力学实验是研究力学的重要手段之一， 现在已经独立发展为一门独立的学科一实验力学。本文介绍了现代材料力 学实验中常用 的测试手段， 比较了各类测试方法在实验和工程应用中的特点。对于在力学实验教学和工程测试中具有参考意义。 关键词: 实验力学 工程测试 材料力学 中图分类号:T B3 文献标识码: A 文章编号: 1672- 3791(2007)07(c卜0179- 01
应力测量方法
应力测量方法有多种，其中包括电阻应变测量法。
此外，还有光弹性方法、X射线衍射法、中子衍射法、超声法、脆性涂层法、压痕法、磁测法、云纹干涉法、莫尔条纹法等方法。
电阻应变测量法：这种方法利用电阻应变计测量技术，不仅可以用于模型实验，也可以在线进行应变、应力、压力等力学的测量。
其实际应用效果较好，还可以进行远距离应变遥测，利用此技术可制成相应的传感器和测力装置。
光弹性方法：这是光测法的一种，通过光弹性效应来测量应力。
它适用于解决扭转和轴对称的问题，还可以研究应力传播和热应力的动态过程。
X射线衍射法：利用X射线的衍射现象来测量应力。
通过测量衍射角的变化，可以推断出材料内部的应力状态。
超声法：通过超声波在材料中的传播特性来推断应力状态。
不同应力状态下的材料，超声波传播速度会有所变化，从而可以反演出应力状态。
以上各种方法各有特点，电阻应变测量法操作简单，适用于各种环境和条件；光弹性方法直观性强，适用于透明材料；X射线衍射法和超声法非接触、无损，但设备复杂，数据处理难度较高。
请根据具体需求和条件选择合适的方法。
第12章层间应力
第12章 层合板的层间应力§12.1 引言在经典层合板理论中，只考虑层合板的平面内应力x σ，y σ和xy τ，即假设存在平面应力状态。
而实际上应力状态还具有z σ，xz τ和yz τ这些层间应力，它们存在于相邻层之间的表面，而且通常在层界面上最大。
高的层间应力是复合材料特有的破坏机理之一的基础。
图12.1表示角铺设对称层和板中受拉伸载荷x N 时，实际存在三维的应力状态。
由于层间应力作用，在层合板自由边界出现脱层和随后脱层扩大，如图12.2所示，层合板在z 方向分离。
此外在经典层合板理论中所指的z σ和xy τ在层合板边缘不可能存在。
实际情况如下:图12.2 对称角铺设层合板的边界脱层图12.1 对称角铺设层合板几何形状和应力y σx σxx N（1）在层合板自由边界（层合板边界或孔边）层间剪应力和（或）层间正应力很高（可能是奇点），从而造成这些区域内有脱胶现象。
（2）如改变铺层顺序，即使不改变每层的方向，也将使层合板强度不同，这是层合板边界附近的层间正应力z σ改变的结果。
考虑4层角铺设层合板的顶层一半的自由体图，见图12.3，在远离自由边界的x-z 平面左手侧，可由经典层合板理论预定xy τ。
相反，图中的自由边界ABCD 面不存在xy τ。
此外,在x 方向的前面和背面xy τ在AB 和CD 线处应趋于零。
为了实现xABCD xy τ，这只可能是自由体的顶层的底面应存在xz τ。
为了对z 轴的力矩平衡，xz τ应当很高，因为它只存在于接近自由边界处。
xz τ的大小应由三维弹性力学理论来确定。
§13.2 层间应力的弹性力学解在Pipes 和Pagano 的弹性力学解中分析层间应力，应考虑三向应力状态，应力分量有x σ，y σ，z σ，xy τ，yz τ，xz τ。
正交各向异性材料的主方向的应力-应变关系为图12.3 对称角铺设层合板自由体图⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡123123321665544332313232212131211123123321000000000000000000000000γγγεεετττσσσC C C C C C C C C C C C应用平面内的坐标转换，用层合板坐标x ，y ，z 表示应力-应变关系为⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡6663626155544544363332312623222116131211000000000000C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C xz zx yz x x x τττσσσ ⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡xy zx yz x x x γγγεεε 应变-位移关系为x x u x u ,=∂∂=ε，y y v yu,=∂∂=ε，z z w ,=ε z z yz w v ,,+=γ, z x zx u w ,,+=γ, x y xy v u ,,+=γ如层合板在端部C x =处承受均匀轴向应力，则所有应力、应变与x 无关，因此K x =ε(常量)，这时位移场u ,v ,w 为),(z y u K u x +=，(,)v v y z =，),(z y w w =由于不计体积力，且所有应力不随x 变化，即0,=x x σ，0,=x xy τ，0,=x xz τ，这样，平衡方程式变为0,,=+z zx y xy ττ0,,=+z yz y y τσ0,,=+z z y yz στ应变-位移关系变为K x =ε， y y v ,=ε， z z w ,=ε z z yz w v ,,+=γ, z zx u ,=γ, y xy u ,=γ将位移场方程代入应力-应变关系得y z y x u C w C v C K C ,16,13,1211+++=σ y z y y u C w C v C K C ,26,23,2212+++=σy z y x u C w C v C K C ,36,33,2313+++=σ z y z yz u C w v C ,45,,44)(++=τz y z zx u C w v C ,55,,45)(++=τy z y xy u C w C v C K C ,45,36,2616+++=τ最后代入平衡方程得0)(,4536,55,26,5566=+++++yz zz yy zz yy w C C v C v C u C u C 0)(,4423,45,22,4526=+++++yz zz yy zz yy w C C v C v C u C u C0)()(,33,44,2344,3645=+++++zz yy yz yz w C w C v C C u C C这些联立二阶偏微分方程没有封闭式解。
离面位移
θ= arcsin (λf )
f ：试件栅的频率 λ：波长 由光栅的衍射方程: sinφ = mλf – sinθ m :衍射波级次（m=1,2,..n） 可知,它们一级衍射光的衍射角为:φ1 = 0 ,即其±1 级衍射光波A′、B′ 均沿试件栅法线方向行进。 如果试件栅非常平整,试件亦未受力,则两个正、负一级衍射波A′、B′ 可视为平面波,并分别表示为： A′= Ae iφa B′= Ae iφb 式中: A －振幅,对于平面波位相φa 和φb 皆为常数
制栅技术
－云纹光栅的制作是云纹干涉法的重要内容，它是影响和制约云纹干 涉法的推广应用的关键技术。
制备方法：
机刻－昂贵、成本高，且光栅频率受限，已基本不用。
光刻－采用激光全息干涉系统和光致抗蚀剂（光刻胶）。
旋转电光源全息光栅制作系统：
－根据全息干涉原理，全息光栅的频率与双光束的夹角2 和光源的波 长 有关，
V场、100C0、2kN
U场、350C0、1.4kN
V场、350C0、1.4kN
－根据记录下的加载载荷，并利用云纹法测得的纵、 横向变形即可求得铝基碳化硅的弹性模量和泊松比。
云纹法应用与铁电陶瓷在机电耦合条件下
破坏行为的研究
力电加载装臵
力载荷恒定不同电载荷下裂纹尖端位移场
最后求得在裂纹尖端处的正应变场
为了Y和Z方向的等值线（位移场）可用四光束云纹干涉 法
u 1 N x 1 N x x x 2 f x 2 f x
1 N y 1 N y y y 2 f y 2 f y
1 u 1 N x N y xy 2 y x 4 f y x
当δ( x , y) = 2 N xπ- m 时,干涉光强最大即是亮条纹,代入上式中 得 u ( x , y) sinθ =λ/4π(2 N xπ - m) 若入射光满足sinθ=λf ,则:
云纹／光栅测试技术的几点讨论
云纹／光栅测试技术的几点讨论
赵兵;方如华
【期刊名称】《实验力学》
【年(卷),期】1996(11)3
【摘要】本文用信号处理的方法系统地阐述了云纹／光栅测试技术。
以面内云纹／光栅测试为例，首先说明了光栅是位移和变形信息的空间载体；位移和应变分别是对载体的相位和频率调制；而云纹现象则是试件栅频谱向零频处平移的结果或说云纹是对光栅载体信号解调的过程；进而讨论了云纹技术与光栅技术的本质区别。
其次分析了云纹／光栅测试系统的性能，讨论了条纹分析方法及数字图象处理手段对云纹／光栅系统的测试精度、灵敏度、空间分辨率的影响。
【总页数】7页(P327-333)
【关键词】云纹;光栅;空间分辨率;相位移;实验应力分析
【作者】赵兵;方如华
【作者单位】上海同济大学
【正文语种】中文
【中图分类】O348.12
【相关文献】
1.应用圆光栅云纹偏折技术确定光束的方向 [J], 丁健生;宋福海
2.云纹干涉法测试技术在力学实验课中的应用 [J], 李砚明
3.光弹云纹测试中图像处理技术 [J], 王士升;阎一工
4.应用三方向光栅、云纹干涉技术测试平面磨削表面的残余应力 [J], 陈巨兵;余征跃
5.焊接动态热应变云纹测试技术的研究——铝合金移动热源焊接热应变规律的特点分析 [J], 曹阳;关桥;刘纪达
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基于对称的非对称双光束入射云纹干涉法
外迅速地发展起来 。戴福 隆教授利用 波前干涉 理
论 ， 学地 解 释 了 云 纹 干 涉 法 的 基 本 原 理 ， 云 科 为
纹干 涉法 的发 展 奠定 了 理论 基 础 。 迄 今 为止 ， 纹 云
干涉 法在基 本 原理 、 验技 术 和 测 量 精 度 等 方 面 都 实 得 到了很 大 的改善 和发 展 。云 纹干 涉法 主要 用
于物体 面 内位 移 场 的测 量 ， 有 灵 敏 度 高 、 纹 清 具 条
法 灵 敏度很 高 ， 望 提 高 应 变 测 量 的精 度 ， 光 测 有 使
法 研究 微小 应 变成 为可 能 。
晰、 空问分辨率 高、 噪 比高 、 信 变形测量 范 围大 、 非
接触 和实 时全 场 观 测等 优 点 。它 在 复 合 材料 力 学 、 断裂力 学 、 观 力 学 、 电 子 封 装 等 诸 多 方 面 都 获 细 微 得成 功 的应 用 。 随着 科 学 工 程 技 术 发 展 的需 要 ， 云 纹干 涉法 必 然 会 为各 领 域 的 变 形 测 量 提 供 有 效 的 实验 研究 手 段 。并 对 实 验 力 学 等 相 关 学 科 的发 展
力 学 ， 出 了云纹 干 涉 法 。此 后 云 纹 干 涉 法 在 国 内 提
小 应 变测 试 的要 求 。对 传 统 云 纹 干 涉 法 中对 称 入 射 的 双光束 （ 栅 ） 人 为 地 加 入 微 小 的 偏 角 ， 双 虚 ， 使
光 束 变为非 对 称 ， 就形 成 了一 种 基 于 对 称 的非 对 称 双 光束 入 射 云 纹 干 涉 测 量 方 法 。 这 种方 法 可 实 现 对 变形 物体 应 变 的 直接 测 量 。理论 分 析表 明 ， 方 该
《实验应力分析》--绪论
动应变测点照片
直接法--脆性漆层法
在被研究的物体表面涂上一层特殊的漆料，当 应力作用时，某点的变形达到一定的数值后， 漆层即沿着与最大主应力垂直的方向裂开，根 据裂纹的出现顺序及方向，便可确定主应力的 数值。
直接法--莫尔法（云纹法）
云纹（Moire）是一 种物理现象。 将两块相同的丝绸 物重叠起来，对着 明亮的背景看去， 可以看到明显的黑 白相间的条纹—云 纹
1856年，Kelvin & Thomson, 电阻应变片的基 础 1954年，Smith， 半导体压阻效应 1957年,Manson & Thurston,半导体应变片 1816年，David Brenster， 人工双折射现象 19世纪中叶，纽曼—马克斯韦尔应力光学定律 1936年，Oppel， 三向光弹的应力冻结法 1945年， 云纹法 20世纪60年代，全息干涉和全息光弹，激光散 斑效应 现在，结合计算机技术的各种数字化测试技术
【实验操作与现象】
间接法--光弹性方法
散斑：Speckle
间接法--散斑法
相干性好的激光照射在 有漫反射表面的物体上， 这些表面漫反射光犹如 无数小的相干光源所发 出的光，它们之间也是 相干光，彼此之间也要 发生干涉，因而在物体 表面前边的空间形成了 无数随机分布的亮点和 暗点。
三、实验力学的发展概况
六、学科的发展趋势
1.实验技术向广度和深度发展
就广度而言，例如电阻应变测量技术的广泛应用， 对于真空、高温、高压、深冷、静态及数万赫兹频率 条件下的应变测量，都可获得有效数据。 就深度而言，开展宏观、细观及微观相结合的实
验研究，深入探索失效的机理和各种影响材料强度的
因素和规律性。
应用结构光三维扫描技术重建面部软组织形态的初步研究 (1)
件，通过绝对力‘式的坐标匹配，即
在扫描区域中设置标志点（本项实
验设定鼻尖点、颏前点和颧骨最高
点为标志点），通过强制配合，使左
右侧扫描结果统一存同－空间坐
标系中，得到完整的面部点云。
⑥三维几何模型的重建：通过
Ｇｅｏｍａｇｉｃ ｓｔｕｄｉｏ软件分别将石膏模
ｌ：鼻尖点；２：颁前点；３：颧制最高点
３实验方法：
－ｉ！坐旦壁匡堂基圭！塑！生ｉ旦筮塑鲞苤！塑！堕！』坠唑坠！Ｌ』！塑！！盟：＿ｙ吐坚：堕！！
（１）面部石膏模型的制取：志愿者甲躺，于两侧 的差异。
眶上缘、两侧颧部、上唇上部制作红膏围栏，将藻酸 盐印模材料注入并完全覆盖于软组织表面，待印模
结
果
材料硬固后脱模，灌制超硬石膏模型。
ｌ，扫描石膏模型和而部软组织，获得点云数分
ｏ．ｏｏＯ ０８ ｗ，扫描时问超过ｏ．２ ｓ时能对人眼产生伤 害”’。基于结构光的三维视觉测量技术是非接触
式测量技术中较常用的方法。其以摄影测量和三角 测量原理为基础，通过白炽光将正弦光栅或矩形光
栅投影于被测物面上，利用电荷耦合器件（ｃｈａｒｇｅ
ｃｏ“ｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ，ｃｃＤ）摄像机摄取变形光栅图像，并 根据阿像中条纹像素灰度值的变化，解算被测物面
鼻深 ３ ７１
１０（）４ １３ ０１
注：困打膏模趔Ｊ｛取面中部，未及额音［ｉ，放的“而高”数值为“一”
ｓｃａｎｎｉｎｇ）以及投
影光栅法（ｇｒａｔｊｎｇ
ｐｒｏｊｅｃｈｏｎ）等。前 ３种方法由于测
量精确度、设备成 本、辐射危害等问
图７面部石膏模型三维重建图像与 志愿者面部二维重建图像的比较
题受到限制。三 维激光扫描法在 激光能量超过
【国家自然科学基金】_表面形貌测量_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140730
科研热词 三维形貌测量 不连续信息引导图 三维形貌 高反射曲面 髋关节柄 轴向分辨率 距离约束 表面评定 表面形貌测量 表面形貌 衍射光栅 虚拟参考面 结构光 空间相位展开 相位移 相位分析 相位偏移 生物摩擦学 激光跟踪仪 测量 测角误差 波前重构 条纹投影技术 条纹投影 最小二乘法 时间相位展开 时域相位展开 数字光栅 改进中值滤波 摩擦磨损 彩色条纹投影 形貌测量 岩石力学 奇异值分解 垂直扫描 坐标控制网 图形处理器 四步相移 变形场分布测量 压电陶瓷驱动器 单频正弦条纹投影 光栅条纹反射 光学相干层析成像 光刀 伺服电机 亚像素灰度插值 三维评定 三维表面形貌 三维精密工作台 三维测量 三维扫描
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
科研热词 三维形貌测量 高反射曲面 面内位移 量化分析 轴向色差 路径积分 表面轮廓测量 表面形貌测量 相位解包裹 白光干涉术 电子散斑干涉 测量 时间相位展开 旋转 数字显微像面全息 数字图像相关 拼接 彩色双频条纹投影 形貌测量 形貌 复杂可编程逻辑器件 坐标变换 台阶状不连续物体 双波长数字全息 区域波前重构 动态测量硬件模块 动态损伤材料 动态三维形貌测量 全息 光栅相位偏折 二值编码 三维数字图像相关 三维形貌 pci总线 ip核
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正弦条纹
采样云纹法
1.打开初始与放上试件后的图像；
网格条纹
2.条纹
采样云纹
线性Mean滤波
水平滤波（竖直采样），竖直滤波（水平采样）
3.按照正弦条纹处理方法进行处理
投影条纹
1.批处理 相位
添加图像（初始及放上试样的图像） 四步相移法（以此为例）
生成PS文件（四幅图生成一副PS图） 2.批处理
添加PS中的图像
采样云纹发与投影条纹法
李伟康 2015/04/11
采样云纹法
1.打开初始与放上试件后的图像； 2.对初始图形：
正弦条纹 条纹 采样云纹
（间隔应与光栅节距一样或相近）
竖直条纹则选水平采样 水平条纹则选竖直采样
去包裹
线性插值
3.对放上试件后的图像做同样处理 采样云纹法
4.得到的两幅图像相减:浮点图
Fimg1-Fimg2
多频去包裹
相位
生成unwrap文件
（unwrap文件中每幅图表示一个周期） 3.用unwrap中的图像进行相减
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ