材料高温变形三维应变场的精密检测方法与实验研究

The detection of material strain field is one of the most important basic research in material forming mechanics. In this project，three-dimensional optical detection principle is used to propose a method of the detection of material strain field in the process of high-temperature deformation for solving the detection problem of aviation，aerospace ，automobile and other industries at 900 ℃~2800 ℃ high temperature. The main research contents of this project are as follows: （1）The preparation of digital speckle pattern in high temperature environment，the law of high temperature thermal radiation spectrum and the method of image acquisition；（2）The research on fast and robust matching of weak correlation image in high temperature environment and research of high precision 3D reconstruction algorithm.（3）The error analysis of three-dimensional strain field measurement under and anti-jamming method in high temperature environment. （4）A high temperature experimental measuring device ，the experimental research on three-dimensional strain field measurement of material deformation in high temperature environment. The high temperature deformation images of the surface of the measured material are identified and tracked. The matching method of weak correlation images，high-precision camera’s flexible self-calibration algorithm and the three-dimensional calculation and interference correction method of the strain field are proposed to solve the precision and reliability problems of three-dimensional dynamic detection of the high-temperature strain field. The accurate detection of three-dimensional strain field in the high temperature condition is achieved，which provides a precise deformation strain detection method for the research of the special purpose high temperature materials in the fields of aerospace, machinery and materials.

材料应变场检测是材料成形力学中重要的基础研究之一。针对航空、航天和汽车等行业金属和非金属材料900℃～2800℃高温的应变场三维检测难题，项目采用三维光学检测原理，提出了一种材料高温变形三维应变场的检测方法。本项目主要研究内容有：（1）高温环境数字散斑特征的制备，高温热辐射光谱规律研究及图像采集方法；（2）高温环境下弱相关图像快速、鲁棒性匹配研究，高精度三维重建算法研究；（3）高温环境下三维全场应变测量误差分析及干扰校正方法的研究；（4）搭建材料高温实验测量装置，实验研究高温环境下材料变形三维应变场测量。 对采集的被测材料表面高温变形图像进行辨识和追踪，提出弱相关图像快速精确的匹配方法、高精度相机柔性自标定算法以及应变场三维计算和干扰校正方法，突破高温应变场三维动态检测的精度和可靠性难题，为航空航天、机械、材料等学科领域特殊用途高温材料研究提供一种三维、精密的变形应变检测方法。

材料热成形在航空航天、汽车和船舶等领域中广泛应用，材料高温变形应变的检测是研究材料高温性能的重要手段，材料的高温性能是制约航天飞行器及发动机等高温环境下工作的机器部件发展的瓶颈之一。本项目提出了一种材料热变形动态变形检测方法。本项目开展的主要研究内容有：高温环境数字散斑特征的制备及图像采集方法的研究；高温环境下弱相关图像匹配跟踪及三维重建算法的研究；高温环境下三维应变场测量误差分析及干扰校正方法的研究；搭建材料高温实验测量装置，实验研究高温环境下材料变形三维应变场测量。.本项目提出了材料在不同高温环境下稳定存在的散斑纹理的制备的方法；实现了高温复杂工况下高质量数字散斑图像采集的方法；提出了采用高斯平滑滤波的方法，提高散斑图像的匹配精度；采用种子点的快速匹配法和大变形分步测量法，解决大变形弱相关图像的匹配；提出了热成形环境下的基于工业摄影测量捆绑调整的相机自标定方法的方法；研究高温环境下多介质摄影测量技术，提高了DIC测量精度。.项目组完成了该项目规定的研究任务和各项目标。项目完成后，已成功应用于获取高温材料变形过程中的三维位移场和应变场数据，为高温材料的形貌及塑性变形研究提供一种可靠的分析手段。本项目取得大量研究成果，完成了项目规定的预期成果目标。共发表高水平论文14篇，其中SCI收录论文6篇，EI收录论文4篇，中文核心4篇；申报国家实用新型专利6项。项目执行期间，毕业研究生8人，培养在读研究生5人。