材料各向异性弹性常数检测方法、系统、装置及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种材料各向异性弹性常数检测方法、系统、装置及存储介质，该方法包括：通过全场应变测量技术获取材料的变形位移及应变信息，基于特征函数虚场法建立多组不同的虚场并基于所述虚场对变形位移及应变信息进行分析，从而最终检测出所述材料的各向异性弹性常数。该系统包括测量模块、获取模块、检测模块、处理模块和显示模块。该装置包括用于存储程序的存储器以及用于加载程序以执行所述方法的处理器。通过使用本发明专利技术的方法，可以一次性获取到材料的多个力学参数，大大减少了材料力学试验成本的投入，提高了工作人员进行材料分析工作的效率。本发明专利技术可广泛应用于材料检测技术领域。

Testing method, system, device and storage medium of anisotropic elastic constants of materials

【技术实现步骤摘要】
材料各向异性弹性常数检测方法、系统、装置及存储介质
本专利技术涉及材料检测
，尤其是一种材料各向异性弹性常数检测方法、系统、装置及存储介质。
技术介绍
21世纪，随着信息科学技术的开拓和发展，在检测材料本构模型参数的技术手段上也有着诸多进展。特别是全场测量技术的广泛应用，使得材料弹性常数的分析与检测的精确度突破有了较大的进步空间。准确的材料力学性能参数是各种力学分析和结构设计的基础。如飞机复合材料性能测试是一项非常重要的研究课题。一直以来由于受到试验设备以及试验方法的局限，研究人员往往无法全面评价材料的弹塑性性能、微观变形损伤机制等参数，导致无法预测材料在实际服役中的失效行为，常常因此对人类的生命和财产造成巨大损失。特别地，对于解决材料弹塑性参数检测的问题，现有技术多存在分析过程比较繁琐的缺陷，难以通过单次试验获取到材料的多个弹性力学参数，往往需要重复多次试验，分析效率极为低下，试验的总体成本也很高；而且每次试验的外界条件难以做到完全一致，因此分析的结果容易出现较大波动，精度较低，这些问题目前亟待解决。名词解释：各向异性(anisotropic)：指物质的全部或部分化学、物理等性质随着方向的改变而有所变化，在不同的方向上呈现出差异的性质。Voigt标记(Voigtnotation)：将高阶自由标量的张量写成低阶张量(矩阵)形式的过程叫做Voigt标记，其规则叫做Voigt移动规则(Voigtkinematicsrule)，在不同的参考坐标下有不同的分量。专利技术内容为至少部分地解决上述技术问题，本专利技术实施例的目的在于：提供一种材料各向异性弹性常数检测方法、系统、装置及存储介质，能够有效通过单次试验获取到多组材料的弹性力学参数，从而减少试验成本的投入，提高材料分析工作的效率。本专利技术实施例所采取的技术方案是：第一方面，本专利技术实施例提供了一种材料各向异性弹性常数检测方法，包括以下步骤：通过全场应变测量技术获取材料的变形位移及应变信息；基于特征函数虚场法建立多组虚场，各组所述虚场互不相同；根据虚功原理分别在所述多组虚场中对所述变形位移及应变信息进行分析，获取材料各向异性弹性常数信息矩阵；通过所述材料各向异性弹性常数信息矩阵对所述材料的各向异性弹性常数进行检测。进一步，所述通过全场应变测量技术获取材料的变形位移及应变信息这一步骤，其具体包括：划定材料的待检测区域，获取所述待检测区域的体积、外表面积数据；通过全场应变测量技术获取材料的所述待检测区域的变形位移及应变信息。进一步，所述全场应变测量技术包括散斑干涉测量技术、云纹法测量技术、格栅法测量技术和数字图像相关测量技术。进一步，所述基于特征函数虚场法建立多组虚场这一步骤，其具体包括：通过全场光学测量技术，获取材料的变形位移及应变信息，在m×n的网格上构建材料的应变场；从所述网格上获取材料的应变分量εx、εy和γxy，依次记为E1、E2和E3；根据所述应变分量分别建立第一材料应变信息增广矩阵和第二材料应变信息增广矩阵，其中所述第一材料应变信息增广矩阵为第二材料应变信息增广矩阵为Ec＝[E1E2E3]；对所述第一材料应变信息增广矩阵和第二材料应变信息增广矩阵进行奇异值分解，然后通过主成分分析得到第一材料应变信息增广矩阵和第二材料应变信息增广矩阵的主特征函数；通过所述主特征函数构建多组不同的虚场。进一步，所述根据虚功原理分别在所述多组虚场中对所述变形位移及应变信息进行分析，获取材料各向异性弹性常数信息矩阵这一步骤，其具体包括：根据虚功原理及完全各向异性复合材料的应力应变关系，获取所述材料在应变场下的虚功关系；根据所述虚功关系及所述多组虚场，对所述变形位移及应变信息进行分析，获取材料的应变特征方程组；根据所述应变特征方程组，获取材料各向异性弹性常数信息矩阵。进一步，所述根据虚功原理及完全各向异性复合材料的应力应变关系，获取所述材料在应变场下的虚功关系这一步骤，其具体为：根据完全各向异性复合材料的应力应变关系及应力场和应变场关系，对所述材料在应变场下的虚功关系进行分析；所述虚功原理公式为：其中，V为待检测区域的体积，ST为待检测区域的外表面积，σ为应力场，t为施加在待检测区域上的外力，u*为满足约束的任意虚位移场，ε*为虚场；所述完全各向异性复合材料的应力应变关系为：其中，σ1,σ2,σ6为应力场，Q11,Q12,Q16,Q22,Q26,Q66为刚度矩阵的系数，ε1,ε2,ε6为应变场；所述应力场和应变场关系为：σ＝Cε，其中，σ为应力场，C为刚度矩阵，ε为应变场。第二方面，本专利技术实施例提供了一种材料各向异性弹性常数检测系统，包括：测量模块，用于通过全场应变测量技术对待检测材料进行检测，并将测量结果传输至获取模块和显示模块；获取模块，用于获取材料待检测区域的体积、外表面积数据以及由测量模块测量得到的变形位移及应变信息，并将所述数据及信息传输至检测模块；检测模块，用于通过获取的各类数据及信息对材料的各向异性弹性常数进行分析检测；处理模块，用于对试验获取的检测结果进行存储或发送至显示模块进行显示；显示模块，用于显示由测量模块发送的测量结果和处理模块发送的检测结果。第三方面，本专利技术实施例提供了一种材料各向异性弹性常数检测装置，包括：至少一个处理器；至少一个存储器，用于存储至少一个程序；当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器实现所述的一种材料各向异性弹性常数检测方法。第四方面，本专利技术实施例提供了一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于执行所述的一种材料各向异性弹性常数检测方法。上述本专利技术实施例中的一个或多个技术方案具有如下优点：本专利技术实施例通过获取材料的变形位移及应变信息，基于虚功原理结合特征函数虚场法所建立的虚场对所述变形位移及应变信息进行分析，从而得到材料各向异性弹性常数信息矩阵用以对其弹性常数进行检测，可以一次性获取到材料的多个力学参数，大大减少了材料力学试验成本投入，减少了材料弹性性能参数检测工作所用的时长，提高了工作人员进行材料分析工作的效率。附图说明图1为本专利技术实施例的一种材料各向异性弹性常数检测方法流程图；图2为本专利技术实施例的一种材料各向异性弹性常数检测系统的结构框图；图3为本专利技术实施例的一种材料各向异性弹性常数检测装置的结构框图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。参照图1，本专利技术实施例提供了一种材料各向异性弹性常数检测方法，包括以下步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.材料各向异性弹性常数检测方法，其特征在于，包括以下步骤：/n通过全场应变测量技术获取材料的变形位移及应变信息；/n基于特征函数虚场法建立多组虚场，各组所述虚场互不相同；/n根据虚功原理分别在所述多组虚场中对所述变形位移及应变信息进行分析，获取材料各向异性弹性常数信息矩阵；/n通过所述材料各向异性弹性常数信息矩阵对所述材料的各向异性弹性常数进行检测。/n

【技术特征摘要】
1.材料各向异性弹性常数检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过全场应变测量技术获取材料的变形位移及应变信息；
基于特征函数虚场法建立多组虚场，各组所述虚场互不相同；
根据虚功原理分别在所述多组虚场中对所述变形位移及应变信息进行分析，获取材料各向异性弹性常数信息矩阵；
通过所述材料各向异性弹性常数信息矩阵对所述材料的各向异性弹性常数进行检测。


2.根据权利要求1所述的材料各向异性弹性常数检测方法，其特征在于，所述通过全场应变测量技术获取材料的变形位移及应变信息这一步骤，其具体包括：
划定材料的待检测区域，获取所述待检测区域的体积、外表面积数据；
通过全场应变测量技术获取材料的所述待检测区域的变形位移及应变信息。


3.根据权利要求1-2任一项所述的材料各向异性弹性常数检测方法，其特征在于：所述全场应变测量技术包括散斑干涉测量技术、云纹法测量技术、格栅法测量技术和数字图像相关测量技术。


4.根据权利要求1所述的材料各向异性弹性常数检测方法，其特征在于，所述基于特征函数虚场法建立多组虚场这一步骤，其具体包括：
通过全场光学测量技术，获取材料的变形位移及应变信息，在m×n的网格上构建材料的应变场；
从所述网格上获取材料的应变分量εx、εy和γxy，依次记为E1、E2和E3；
根据所述应变分量分别建立第一材料应变信息增广矩阵和第二材料应变信息增广矩阵，其中所述第一材料应变信息增广矩阵为第二材料应变信息增广矩阵为Ec＝[E1E2E3]；
对所述第一材料应变信息增广矩阵和第二材料应变信息增广矩阵进行奇异值分解，然后通过主成分分析得到第一材料应变信息增广矩阵和第二材料应变信息增广矩阵的主特征函数；
通过所述主特征函数构建多组不同的虚场。


5.根据权利要求2所述的材料各向异性弹性常数检测方法，其特征在于，所述根据虚功原理分别在所述多组虚场中对所述变形位移及应变信息进行分析，获取材料各向异性弹性常数信息矩阵这一步骤，其具体包括：
根据虚功原理及完全各向异性复合材料的应力应变关系，获取所述材料在应变场下的虚功关系；
根据所述虚功关...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡长青，黄永辉，陈慧敏，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东;44