【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料的颈缩测量，特别是涉及一种基于投影云纹的颈缩测量方法和系统。
技术介绍
1、颈缩是在拉伸载荷下材料发生的局部截面缩减的现象，是弹塑性金属材料在单向拉伸试验中常见到的力学现象。单轴拉伸是金属材料的一种基本试验。通过拉伸实验，可以给出材料的抗拉强度、屈服强度等诸多力学参数，以及弹塑性、损伤、断口宏观特征等材料基本特性。对韧性金属材料进行单向拉伸，当到达最大载荷时，将形成颈缩。颈缩变形将改变试件的单拉受力状态，使颈缩区内存在多轴应力状态，应力和应变分布变得不均匀。
2、分析颈缩区的应力应变场对研究金属材料的硬化与断裂等力学性能具有重要的理论意义。试验证明，韧性材料单轴拉伸至断裂时，在颈缩最小截面上，从边缘到中心的各点处于不同的复杂应力状态，断口呈杯锥状，且在断面上包含了不同的应力状态和断裂机制。因此研究单轴拉伸试样的颈缩规律及颈部应力场的分布规律对弄清金属材料断裂的本质是十分必要的。此外，分析颈缩区的应力应变分布规律对于研究试件在颈缩区内部的应力、变形变化过程及其与材料细观演变的关系，控制塑性流动失稳，构建金属材料在拉伸状态下的本构模型等也有重要的理论意义。对颈缩部位的应力应变状态分析还具有十分重要的应用价值。在汽车碰撞安全性分析领域常常用到仿真模拟。对汽车碰撞安全性的仿真模拟的是包含大变形，大位移的复杂物理过程。其中涉及到大幅塑性变形的分析时，需要在仿真的前处理阶段定义好材料在塑性阶段的真应力—应变曲线；在金属材料成形模拟领域，当对材料进行仿真计算时，为保证仿真结果的可靠性，要建立准确可靠的材料模型。其
3、由于颈缩区呈现三向应力状态，且颈缩截面处会出现局部塑性失稳现象。断裂过程伴随有应变、应力场多维化和不均匀化，截面形状发生改变，非颈缩区弹性卸载等复杂因素，因此颈缩区应力状态呈现出较大的复杂性。关于对金属材料颈缩的应力应变分析，目前国内外采用的研究方法主要有理论解析法，数值分析法，实验法。
4、理论解析法主要是根据实验结果，提出一些假设，从而推得最小截面上应力的近似计算公式，其中比较经典的有bridgeman解、陈篪解和l.m.kachanov解，这三种解分别基于不同的颈部曲率假设。但采用理论解析方法对颈部进行应力应变分析，往往是基于一些假设和简化条件，这些假设条件和简化条件有时会引起系统误差累积，从而导致计算结果不精确；此外，采用理论计算方法还需要在试验过程中采集诸多数据，如颈缩截面尺寸、颈缩区外型半径等，这也对相应的实验技术提出了较高的要求。
5、数值分析法主要是利用有限元方法对颈缩处的应力与应变进行数值分析，并试图通过分析材料颈缩区的应力应变规律来获取颈缩后的真实本构关系和应力应变曲线。例如在对材料的应力－应变曲线的研究方面，许多学者采用一类结合有限元分析和试验测量的逆向修正的方法。该方法以减小数值仿真结果与实验结果(如表面位移场、力-变形曲线)之间的差距为目标，初始流动曲线被逆向反推并不断修正，这种方法也被称之为逆法。数值分析法的缺点主要在于计算时间长，前后计算工作量大，输入的本构模型比较复杂。
6、关于颈缩应力应变的实验测量，现有实验方法大致可以分为接触式测量和非接触式测量。接触式测量包括接触式引伸计法，电阻应变仪方法；非接触式测量包括dic方法，非接触式光学引伸计法，拍照测量法，灰度重心法，线阵ccd法等。其各自的局限性如表1和表2所示。
7、表1.接触式测量法的局限性
8、
9、表2.非接触式测量法的局限性
10、
11、
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于投影云纹的颈缩测量方法和系统，用于解决现有技术中的测量方法普适性不足的技术问题。
2、为实现上述目的及其它相关目的，本专利技术的第一方面提供一种基于投影云纹的颈缩测量方法，包括：将光线透过投影光栅和投影镜头在目标对象上形成畸变栅线；所述畸变栅线透过接收镜头成像到参考光栅，与所述参考光栅相互干涉形成投影云纹；通过摄像装置采集所述投影云纹的图像；提取所述投影云纹的图像的相位信息以计算获得所述目标对象的颈缩信息。
3、于本专利技术的第一方面的一些实施例中，所述目标对象的颈缩信息的获得方式包括：基于所述投影云纹的相位信息解调获得所述目标对象的表面高度信息；基于所述高度信息计算所述目标对象的颈缩区三维形貌信息；基于所述三维形貌信息计算颈缩区的应力分布信息。
4、于本专利技术的第一方面的一些实施例中，所述基于所述三维形貌信息计算颈缩区的应力分布信息，其包括：基于所述三维形貌信息获得颈缩区外表面轮廓曲线；基于所述颈缩区外表面轮廓曲线得到颈缩主应力面曲率半径的表达式；将所述颈缩主应力面曲率半径的表达式代入颈部应力分析方程得到颈缩区应力分布的表达式；基于所述颈缩区应力分布的表达式得到颈缩区的应力分布信息。
5、于本专利技术的第一方面的一些实施例中，所述目标对象为标准拉伸试件；所述方法包括：对所述标准拉伸试件进行抛光和喷漆处理后夹持固定于拉伸试验机；搭设投影云纹测量系统，其包括光源、投影光栅、投影镜头、接收镜头、参考光栅和摄像装置；对所述投影云纹测量系统进行参数标定，并对试件在颈缩阶段按预先设置的采样间隔进行图像采集；分别对各采样间隔下的云纹图像进行相位提取，并根据所述参数标定的结果计算试件在颈缩各个阶段的颈缩区三维形貌；基于计算出的所述颈缩区三维形貌得到颈缩区外表面轮廓曲线，基于所述外表面轮廓曲线得到颈缩主应力面曲率半径的表达式，并代入颈部应力分析方程得到颈缩区最小截面上的应力分布表达式。
6、于本专利技术的第一方面的一些实施例中，通过平移台驱动所述参考光栅沿其主方向面内平动实现所述投影云纹的相移；基于预设的采样间隔采集多张相移过程中的所述投影云纹的图像；基于多张所述投影云纹的图像提取相位信息；基于所述相位信息计算所述目标对象的高度信息；基于所述高度信息计算所述目标对象的颈缩区的三维形貌信息；基于所述三维形貌信息得到颈缩区外表面轮廓曲线，并计算得到颈缩区的应力分布信息。
7、于本专利技术的第一方面的一些实施例中，所述投影镜头包括变焦短焦投影镜头；所述接收镜头包括：变焦短焦接收镜头。
8、为实现上述目的及其它相关目的，本专利技术的第二方面提供一种基于投影云纹的颈缩测量系统，包括：光源、投影光栅、投影镜头、接收镜头、参考光栅、摄像装置和信息处理装置；其中，光源发出的光线透过所述投影光栅和投影镜头在目标对象上形成畸变栅线；所述畸变栅线透过所述接收镜头成像到所述参考光栅，与所述参考光栅相互干涉形成投影云纹；所述摄像装置采集所述投影云纹的图像；所述信息处理装置提取所述投影云纹的图像的相位信息以计算获得所述目标对象的颈缩信息。
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1.一种基于投影云纹的颈缩测量方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于投影云纹的颈缩测量方法，其特征在于，所述目标对象的颈缩信息的获得方式包括：
3.根据权利要求2所述的基于投影云纹的颈缩测量方法，其特征在于，所述基于所述三维形貌信息计算颈缩区的应力分布信息，其包括：
4.根据权利要求1所述的基于投影云纹的颈缩测量方法，其特征在于，所述目标对象为标准拉伸试件；所述方法包括：
5.根据权利要求1所述的基于投影云纹的颈缩测量方法，其特征在于，包括：
6.根据权利要求1所述的基于投影云纹的颈缩测量方法，其特征在于，所述投影镜头包括变焦短焦投影镜头；所述接收镜头包括：变焦短焦接收镜头。
7.一种基于投影云纹的颈缩测量系统，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的基于投影云纹的颈缩测量系统，其特征在于，包括：
9.根据权利要求7所述的基于投影云纹的颈缩测量系统，其特征在于，包括：
10.根据权利要求7所述的基于投影云纹的颈缩测量系统，其特征在于，所述投影镜头包括变焦
...【技术特征摘要】
1.一种基于投影云纹的颈缩测量方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于投影云纹的颈缩测量方法，其特征在于，所述目标对象的颈缩信息的获得方式包括：
3.根据权利要求2所述的基于投影云纹的颈缩测量方法，其特征在于，所述基于所述三维形貌信息计算颈缩区的应力分布信息，其包括：
4.根据权利要求1所述的基于投影云纹的颈缩测量方法，其特征在于，所述目标对象为标准拉伸试件；所述方法包括：
5.根据权利要求1所述的基于投影云纹的颈缩测量方法，其特征在于，包括：
【专利技术属性】
技术研发人员：黄威，顾征宇，杨毅超，王超维，潘钻峰，郑捷，赵一奇，吴奕龙，张玉栋，
申请(专利权)人：上海烟草集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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