《几何云纹法》PPT课件

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1、1第三章云纹法及其应用Moirétechniqueandit’sapplications一.什么是云纹(moiré)和云纹法?Moiré源自法语,意思是从中国传入的丝绸的“耀眼的光泽”或“波形图案”。在实验力学中,它指的是两个空间频率相差不大的振幅型光栅叠加在一起时所产生的明按交错的条纹图案。通过分析云纹图案和条纹间距,可以测量物体的面内变形和应变以及三维形貌,这种方法成为云纹法。2平行云纹转角云纹3生活中云纹现象随处可见光栅结构与其影子作用产生云纹栅结构与电视扫描线作用产生云纹…4二.云纹(moiré)的产生物理机制与数学表达式如图所

2、示，云纹实际上是两个光栅间的互相遮挡与透过现象云纹中的亮条纹是由两个光栅的白线相交形成的（源于互不遮挡）云纹中的暗条纹是由两个光栅的白线与黑线相交形成的（源于互相遮挡）由于人眼的分辩率或低通滤波性，白条纹中的黑线干扰被忽略了5Matlab的低通滤波效果67对云纹的形状、分布周期有决定性影响的因数8几个特例云纹及其数学表征转角云纹yx9平行云纹yx10yx平行云纹与转角云纹的组合11三.云纹(moiré)法测变形的原理参考栅试件栅通过对条纹的分析,可以得出如下结论：云纹法可以测垂直于栅线方向的位移云纹实际上是试件上位移相等的点的迹线－等位

3、移线云纹法测平面位移的分辨率为（参考栅的）一个栅距。一般为10－1000微米0123-1-2-3n:条纹级数12直线栅云纹法测试的是由于试件变形和转动引起的面内位移，不包括刚体位移直线栅云纹法中试件的刚体位移不影响云纹的形状和密度，但垂直于栅线方向的刚体位移会造成云纹的移动用二维光栅可以同时测试X,Y两个方向的位移场（U场和V场）为了提高云纹的对比度，一般将试件栅和标准栅尽量靠近，而且光栅黑白线的宽度应尽量相等形成云纹的两个光栅的空间频率相差不能很大（一般相差不到一倍）注意！13例：二维光栅产生的云纹刚体转动云纹：U场云纹与V场云纹互相

4、垂直。均匀变形＋刚体转动产生的云纹14如何判断变形的正负号（拉伸、压缩）？左图，试件栅（兰框所示）相对于标准栅（红框所示）拉伸左转右图，试件栅相对于标准栅压缩右转问题：以上两种情况造成的云纹图像相似，如何区别？15一般拉伸变形情况试件栅（兰色）相对标准栅（绿色）拉伸变形+刚体转动，虚线所示为白条纹中心线将标准栅（绿色）转动一个角度，云纹将同方向转动16一般压缩变形情况试件栅（兰色）相对标准栅（绿色）压缩变形+刚体转动，虚线所示为白条纹中心线将标准栅（绿色）转动一个角度，云纹将反方向转动17判断试件拉伸还是压缩变形的简单方法只需将标准栅绕

5、一个方向稍微转动一个角度，观察云纹的转动方向，同向转动者为正（拉伸变形），反向转动者为负（压缩变形）虚拟实验验证1819思考：由同心圆光栅造成的云纹可以进行什么样的力学量测试？试件栅相对于标准栅径向膨胀、压缩试件栅相对于标准栅刚体平移20四、云纹的记录与处理传统上利用光学像机记录云纹图像，人工处理现在，可以利用数字相机，将云纹图像记录的同时进行数字化处理，并利用计算机和数字图像处理技术对云纹图像进行滤波、增强、提取中心线、拟合、求解位相、解包裹等一系列处理，大大降低了处理难度，加快了处理速度。最终得到离散的位移场U（m,n)、V(m,n

6、)，m,n为像素位置21五、云纹法测面内位移的实验操作（以梁的三点弯变形为例）F将振幅型光栅（塑料膜基体）粘贴在试件表面，使胶完全固化将试件表面磨平、抛光，用丙酮等清理干净将同样空间频率的参考栅（透明塑料膜基体）用油贴在试件栅表面，两光栅之间在面内没有相互约束适当光源照射，加载，用数码相机（CCD）记录云纹条纹。22P=100N三点弯梁面内变形的有限元模拟23云纹法测简支梁的三点弯曲面内变形的实验装置24例：简支梁三点弯曲U场条纹级数分析x012-1-2102-1-2F25六、应变场的计算由U(x,y)及V(x,y)可以进行应变场的计算

7、26注意！由于U,V场通常是离散的，故应变的求解一般通过数值微分运算实现，或者先对离散场进行多项式拟合，再求微分；求位移场时，需要条纹级数的绝对值；但是求应变场时不一定要确定条纹级数的绝对值，有相对级数即可，但条纹级数沿各个方向的变化趋势必须正确。刚体转动引起的U、V场条纹互相垂直，27七、数字云纹法（虚拟云纹法）采用虚拟的（数字化的）标准栅，根据云纹形成原理，与数字化的试件栅进行逻辑（乘）运算得到云纹。从试件栅变形前后的两幅云纹图中，得到试件的变形情况。数字云纹实例（AFMmoire）28八、云纹法实现纳米量级分辩率测试的方法基本原理

8、：利用各种扫描电镜，得到材料的原子晶格图像（放大倍数n=数万至数十万），其作用相当于试件栅。将其与宏观的物理光栅或虚拟的数字光栅（相当于参考栅）相干涉，同样可以得到云纹，其实际的测试分辨率为参考栅的栅距/n