專利名稱：非接觸式測量間接拉伸應(yīng)變的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種測量間接拉伸應(yīng)變的方法。
背景技術(shù)：
間接拉伸試驗由于實驗方法簡單，試驗時試件的受力狀態(tài)與車輪荷載作用 下瀝青混凝土層的受力狀態(tài)十分相似，非常容易用此試驗來模擬路面的實際受 力破壞情況，許多國家和單位都進(jìn)行了研究和應(yīng)用。但作為此試驗的關(guān)鍵指標(biāo) ——間接拉伸應(yīng)變的準(zhǔn)確測量一直是各國研究的重點(diǎn)。目前，獲得間接拉伸應(yīng) 變的主要方法及其局限性如下
(1) 計算法
通過測定試驗過程中試件x、 y方向的總變形，代入平面彈性理論求解得
到間接拉伸應(yīng)變。此方法力學(xué)模式清晰，計算方法簡單，但存在明顯的不足之 處，由于瀝青混合料沿軸向為非均質(zhì)彈性體，而此方法的理論假設(shè)基礎(chǔ)為平面 力假設(shè)，與實際情況不符。試驗中試件軸向力所產(chǎn)生的影響不能考慮進(jìn)去，因 此計算得到的間接拉伸應(yīng)變不可信。
(2) 應(yīng)變片法
將應(yīng)變片貼在所測區(qū)域，便可測出此區(qū)域的平均應(yīng)變。測得值的大小跟所 貼區(qū)域有關(guān)，由于這種方法所采用的粘結(jié)介質(zhì)一般環(huán)氧樹脂，因此其所測定的 值實質(zhì)上為環(huán)氧樹脂的應(yīng)變，并不能真正反映界面中心應(yīng)變隨加載時間變化的 情況。
(3) LVDT測量
LVDT是超小型高分辨率的變形測量儀器，量程只有0.25mm，最小分辨 率不小于0.002Smm。它通過布置在試件上的測釘固定，并且有一個專用的模 型板來布置測釘。測釘禽試件圓心19mm處布置，且四個均勻分布在兩個相互 垂直的直徑上。試驗時，測釘間距隨著試件的變形而變化，其上的LVDT測得 兩測釘之間的位移作為該方向試件的位移，通過測得水平、豎直兩個方向的位 移，代入公式可計算得到間接拉伸應(yīng)變。
此種方法以SHRP為代表，列入美國ASTM規(guī)范。雖然認(rèn)識到了以試件 總變形測定瀝青混合料間接拉伸應(yīng)變的不足之處，并考慮了試件受端部加載條 及非線性應(yīng)力的影響，由測量總變形改為測量試件中部應(yīng)力分布相對穩(wěn)定區(qū)域 的變形，但仍存在不足之處。用測釘固定測量范圍，雖然試驗便于操作，但是 瀝青混合料是非均勻介質(zhì)，所定間距內(nèi)的平均應(yīng)變受該段距離內(nèi)骨料粗細(xì)的影 響，若骨料所占比例較大，則應(yīng)變會較小；若膠結(jié)料較多，則應(yīng)變會較大。同 時，由于試件表面受力后的凸起作用會使測釘發(fā)生扭轉(zhuǎn)，此時，測釘?shù)奈灰撇?不是測釘所在兩點(diǎn)的位移。由于LVDT量程很小，試件中經(jīng)常發(fā)生試件破壞時 損壞裝置的現(xiàn)象，因此用LVDT測量時不能進(jìn)行一次性破壞試驗，試件的破壞 荷載無法得到。且裝置價格過高，廣泛應(yīng)用存在一定的困難。
數(shù)字散斑相關(guān)方法是二十世紀(jì)末發(fā)展的一項光力學(xué)測量技術(shù)，目前已經(jīng)成 為一種成熟的測量方法，數(shù)字散斑相關(guān)方法是從隨機(jī)的散斑信號中提取位移和 應(yīng)變信號，數(shù)字散斑相關(guān)方法的優(yōu)點(diǎn)有 一、測量范圍大，大至宇宙空間小至 電鏡納米變形測量，尤其適合于測量大變形或微變形；二、精度高，其測量靈 敏度一般可達(dá)0.01 0.05像素所代表的大??；三、采用非接觸方式測量，不給 被測物體附加質(zhì)量；四、光路簡單，容易實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有間接拉伸應(yīng)變測量方法的精度低、測量量程小、測量區(qū)域受 限制等問題，本發(fā)明提供了一種非接觸式測量間接拉伸應(yīng)變的方法。 非接觸式測量間接拉伸應(yīng)變的方法的具體過程為 步驟一、制備馬歇爾試件；
步驟二、將制備好的馬歇爾試件切割成63.5il.3mm的高度； 步驟三、對步驟二獲得的試件的切割端面進(jìn)行人工斑化，然后干燥； 步驟四、將步驟三獲得的試件固定在力學(xué)加載儀器的夾具中； 步驟五、將CCD攝像機(jī)的鏡頭與人工斑化的試件端面相對固定放置； 步驟六、在人工斑化的試件端面與CCD攝像機(jī)之間固定測量光源，所述
測量光源使人工斑化的試件端面光線均勻；
步驟七、調(diào)整CCD攝像機(jī)，使CCD攝像機(jī)光軸垂直于人工斑化的試件
端面，并且人工斑化的試件端面在CCD攝像機(jī)中成像位于圖像中間位置；
步驟八、調(diào)整CCD攝像機(jī)的焦距使人工斑化的試件端面在所述CCD攝 像機(jī)中成像清晰；
步驟九、采用計算機(jī)控制啟動CCD攝像機(jī)，并使其以頻率f開始拍照； 同時啟動力學(xué)加載儀器對試件進(jìn)行加載；
步驟十、停止力學(xué)加載儀器對試件加載，同時停止CCD攝像機(jī)的拍照， 記錄力學(xué)加載儀器輸出最大加載力的時刻t;
步驟十一、采用計算機(jī)對比初始時刻和加載最大時刻t對應(yīng)的兩個人工 斑化的端面圖象，采用數(shù)字散斑相關(guān)方法進(jìn)行分析，獲得試件在受力最大時刻 的間接拉伸應(yīng)變。
本發(fā)明的方法采用現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)相對成熟的數(shù)字散斑相關(guān)方法為基礎(chǔ)， 將其與間接拉伸試驗相結(jié)合，從而形成一種新的測量間接拉伸應(yīng)變的方法，它 的優(yōu)點(diǎn)有
(1) 測量精度高。采用數(shù)字散斑相關(guān)方法對物體形變進(jìn)行測量，測量位移 的精度為0.01像素，經(jīng)試驗，采用本發(fā)明的方法測量間接拉伸應(yīng)變的精度能 達(dá)到微應(yīng)變級。
(2) 技術(shù)方案簡單，易于操作。本發(fā)明測量方法步驟簡單， 一般技術(shù)人員 通過簡單的培訓(xùn)即可掌握。
(3) 非接觸測量。整個測量過程中測量裝置和被測試件不產(chǎn)生接觸，一、
對試件的測量結(jié)果不產(chǎn)生任何干擾；二、避免了試件不均勻及加載設(shè)備震動帶 來的影響；三、方便進(jìn)行一次性破壞試驗來獲得試件的破壞荷載。
(4) 能夠在測試過程中記錄加載過程中不同載荷下的被測試件端面的圖
像信息，可以對被測試件在不同載荷情況下的應(yīng)變情況進(jìn)行分析。


圖1是被測試件加載前人工斑化端面的圖像，圖2是圖1所示的試件在加 載最大的時刻的人工斑化端面的圖像，圖3是橫向拉伸應(yīng)變分布圖。
具體實施例方式
本實施方式的非接觸式測量間接拉伸應(yīng)變的方法的具體過程為 步驟一、制備馬歇爾試件；
步驟二、將制備好的馬歇爾試件切割為63.5土1.3mm的高度；
步驟三、對步驟二獲得的試件的切割端面進(jìn)行人工斑化，然后干燥； 步驟四、將步驟三獲得的試件固定在力學(xué)加載儀器的夾具中； 步驟五、將CCD攝像機(jī)的鏡頭與人工斑化的試件端面相對固定放置； 步驟六、在人工斑化的試件端面與CCD攝像機(jī)之間固定測量光源，所述
測量光源使人工斑化的試件端面光線均勻；
步驟七、調(diào)整CCD攝像機(jī)，使CCD攝像機(jī)光軸垂直于人工斑化的試件 端面，并且人工斑化的試件端面在CCD攝像機(jī)中成像位于圖像中間位置；
步驟八、調(diào)整CCD攝像機(jī)的焦距使人工斑化的試件端面在所述CCD攝 像機(jī)中成像清晰；
步驟九、采用計算機(jī)控制啟動CCD攝像機(jī)，并使其以頻率f開始拍照； 同時啟動力學(xué)加載儀器對試件進(jìn)行加載；
步驟十、停止力學(xué)加載儀器對試件加載，同時停止CCD攝像機(jī)的拍照， 記錄力學(xué)加載儀器輸出最大加載力的時刻t;
步驟十一、采用計算機(jī)對比初始時刻和加載最大時刻t對應(yīng)的兩個人工 斑化的端面圖象，采用數(shù)字散斑相關(guān)方法進(jìn)行分析，獲得試件在受力最大時刻 的間接拉伸應(yīng)變。
在步驟三中所述的人工斑化，可以在試件切割端面上噴涂反光效果好的白 色漆、銀粉漆，或者在試件切割端面上涂玻璃微珠。
在步驟四中所述的力學(xué)加載儀器的夾具與被測試件相接觸的表面是曲率 為50.8mm的內(nèi)凹圓弧面，以保證所述夾具與被測試件的表面之間是面接觸。
在步驟六中采用日光燈作為測量光源，所述測量光源放置在CCD攝像機(jī) 鏡頭的光軸的斜上方。
在步驟九中啟動CCD攝像機(jī)和力學(xué)加載儀器之前，關(guān)閉、遮擋測量光源 之外的所有光源，避免外界光源對測試結(jié)果的影響。
本實施方式中使用的CCD攝像機(jī)的像素越高越好， 一般采用100萬象素 以上的CCD攝像機(jī)，本實施方式采用的是130萬象素的CCD攝像機(jī)。
本實施方式中的加載設(shè)備采用MTS810型電液伺服材料測試系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1、非接觸式測量間接拉伸應(yīng)變的方法，其特征在于它的具體過程為步驟一、制備馬歇爾試件；步驟二、將制備好的馬歇爾試件切割為63.5±1.3mm的高度；步驟三、對步驟二獲得的試件的切割端面進(jìn)行人工斑化，然后干燥；步驟四、將步驟三獲得的試件固定在力學(xué)加載儀器的夾具中；步驟五、將CCD攝像機(jī)的鏡頭與人工斑化的試件端面相對固定放置；步驟六、在人工斑化的試件端面與CCD攝像機(jī)之間固定測量光源，所述測量光源使人工斑化的試件端面光線均勻；步驟七、調(diào)整CCD攝像機(jī)，使CCD攝像機(jī)光軸垂直于人工斑化的試件端面，并且人工斑化的試件端面在CCD攝像機(jī)中成像位于圖像中間位置；步驟八、調(diào)整CCD攝像機(jī)的焦距使人工斑化的試件端面在所述CCD攝像機(jī)中成像清晰；步驟九、采用計算機(jī)控制啟動CCD攝像機(jī)，并使其以頻率f開始拍照；同時啟動力學(xué)加載儀器對試件進(jìn)行加載；步驟十、停止力學(xué)加載儀器對試件加載，同時停止CCD攝像機(jī)的拍照，記錄力學(xué)加載儀器輸出最大加載力的時刻t；步驟十一、采用計算機(jī)對比初始時刻和加載最大時刻t對應(yīng)的兩個人工斑化的端面圖象，采用數(shù)字散斑相關(guān)方法進(jìn)行分析，獲得試件在受力最大時刻的間接拉伸應(yīng)變。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式測量間接拉伸應(yīng)變的方法，其特征在 于，在步驟三中所述的人工斑化，可以在試件切割端面上噴涂白色漆或者銀 粉漆，或者在試件切割端面上涂玻璃微珠。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式測量間接拉伸應(yīng)變的方法，其特征在 于，在步驟四中所述的力學(xué)加載儀器的夾具與被測試件相接觸的表面是曲率 為50.8mm的內(nèi)凹圓弧面。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式測量間接拉伸應(yīng)變的方法，其特征在 于，在步驟六中采用日光燈作為測量光源，所述測量光源放置在CCD攝像 機(jī)鏡頭的光軸的斜上方。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式測量間接拉伸應(yīng)變的方法，其特征在 于，在步驟九中啟動CCD攝像機(jī)和力學(xué)加載儀器之前，關(guān)閉、遮擋測量光 源之外的所有光源。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式測量間接拉伸應(yīng)變的方法，其特征在 于，所述CCD攝像機(jī)的像素大于100萬象素的CCD攝像機(jī)。
全文摘要
非接觸式測量間接拉伸應(yīng)變的方法，涉及到一種測量拉伸應(yīng)變的方法。它解決了現(xiàn)有間接拉伸應(yīng)變測量方法的精度低、測量量程小、測量區(qū)域受限制等問題。本發(fā)明對被測試件的端面進(jìn)行人工斑化，然后在被測試件加載的過程中，通過CCD攝像機(jī)記錄被人工斑化的端面的圖像信息，然后采用數(shù)字斑化相關(guān)方法對所述圖像信息進(jìn)行分析，進(jìn)而獲得被測試件被人工斑化的端面的應(yīng)變信息。本發(fā)明采用現(xiàn)有技術(shù)中比較成熟的數(shù)字散斑相關(guān)方法為基礎(chǔ)，將其與間接拉伸試驗相結(jié)合，從而形成一種新的測量間接拉伸應(yīng)變的方法，它可以應(yīng)用到現(xiàn)有需要測量間接拉伸應(yīng)變的場所中。
文檔編號G01B11/16GK101182994SQ20071014478
公開日2008年5月21日 申請日期2007年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月10日
發(fā)明者公維強(qiáng), 吳思剛, 魁 張, 強(qiáng) 王, 譚憶秋 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)