【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料力学性能表征，尤其涉及一种结合数字图像技术的夹层材料力学性能测试方法及系统。
技术介绍
1、夹层结构复合材料由于其重量轻，刚度大，可设计性强等优点，以及隔热、隔音、耐疲劳的特性，已成功应用于航空航天器的承力结构件。获得夹层材料全面、可靠的力学性能参数对于夹层材料的应用和分析具有重要意义。
2、夹层结构的芯子可分为腹板芯子、蜂窝芯子、泡沫和端纹轻木等几类。芯子材料通常是宏观正交各向异性材料，在面内和面外方向具有不同的力学性能。在一个夹层结构中，芯子的面外拉伸、剪切刚度和强度是最为重要的性能参数。同时，由于面板对芯子有固定作用，因此在没有面板的情况下单独测试芯子性能通常不可能也没有意义。常规针对芯子材料的力学性能测试试验采用的都是接触式测量法，并且需要开展多种不同加载方式的力学试验(面外拉伸/压缩、面外剪切等)分别获取不同方向的弹性常数。此种方式试验次数多，试验成本高；在试验过程中，试样易出现局部挤压失效，且数据精度较低。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种结合数字图像技术的夹层材料力学性能测试方法及系统，能够解决现有技术中试验次数多，试验成本高；在试验过程中，试样易出现局部挤压失效，且数据精度较低的技术问题。
2、根据本专利技术的一方面，提供了一种结合数字图像技术的夹层材料力学性能测试方法，结合数字图像技术的夹层材料力学性能测试方法包括：步骤a，根据夹层材料实际就位尺寸设计试样的尺寸参数，将试样粘贴至静力学三点弯曲试验装置上；步骤b，在夹
3、进一步地，步骤a中静力学三点弯曲试验装置由上夹具(1)、金属板(2)和下夹具(3)组成；上夹具(1)位于金属板(2)的上方，上夹具(1)左右两侧下表面设计有安装凸台用于与金属板(2)固定连接，凸台高度应至少大于夹芯试验件厚度；上夹具(1)上表面中部设计有夹持结构用于试验时与试验机上夹头连接；下夹具(3)位于金属板(2)的下方，与金属板(2)中部固定连接；下夹具(3)用于试验时与试验机下夹头连接。
4、进一步地，金属板(2)的材料选择屈服强度较高的金属材料，包括钛合金，厚度范围为3mm～5mm，左右两侧和中间需要与上下夹具连接的位置需做局部加强。
5、进一步地，步骤a中静力学三点弯试验中夹芯材料试验件粘贴至金属板(2)的上表面。
6、进一步地，步骤f具体包括：为了获得结构特别是芯子材料侧面沿厚度方向应力和应变的分布情况，模型各层均采用实体单元模拟；建立芯子材料的本构关系，芯子厚度方向作为材料3方向，散斑喷涂面为材料主方向13面，构建面内横观各向同性(e11＝e22)的芯子材料的线弹性本构模型；模型的边界条件与力学实验保持高度一致，即上夹头固支，下夹头约束3个转动自由度和x、y方向的平动自由度，施加沿z方向竖直向下的非零位移作为载荷；有限元模型中定义多个分析步，分析步数量与vic-3d采集的图片数量相同，并在每一个分析步定义载荷的大小，按照实验加载顺序，每个分析步定义的载荷大小与vic-3d采集每一张图像时刻所对应的加载载荷相同。
7、进一步地，在步骤g中，首先将初始假设的材料本构参数代入有限元模型，计算单元节点处的应变数据，通过双线性插值将由vic-3d相关计算得到的实测应变数据插值到与有限元模型单元节点相同位置处，以相同位置处有限元数值计算应变和实测应变之间的方差构造参数识别的目标函数：其中，代表芯子材料一组未知的材料参数，和分别表征在节点i处的有限元模型数值计算应变和数字图像相关方法实测应变，m是每张图片中roi区域内包含的有限元模型节点数，n是有限元模型中的加载步的数量，即对应着实验过程中数字图像相关方法设备采集到的试样失效前的图片数量。
8、根据本专利技术的又一方面，提供了一种结合数字图像技术的夹层材料力学性能测试系统，结合数字图像技术的夹层材料力学性能测试系统使用如上所述的结合数字图像技术的夹层材料力学性能测试方法进行夹层材料力学性能测试。
9、应用本专利技术的技术方案，提供了一种结合数字图像技术的夹层材料力学性能测试方法，该方法针对夹层复合材料结构，基于一种新型三点弯试验装置，通过一次三点弯曲试验，运用数字图像相关技术结合有限元模型修正技术，构建数值计算应变和实测应变数据的方差作为目标函数，采用优化算法同时识别得到芯子材料13主方向的多个力学性能参数。本专利技术所提供的夹层材料力学性能测试方法与现有技术相比，具有以下优点：(1)实现了通过一次三点弯曲试验同时识别芯子材料13主方向的多个工程弹性常数，可简化试验次数，降低试验成本；(2)设计新型三点弯试验工装，避免出现常规三点弯试验加载头下方试样提前出现局部挤压失效；(3)能够直接测得芯子材料与面板成型后的就位力学性能，数据精度更高。
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1.一种结合数字图像技术的夹层材料力学性能测试方法，其特征在于，所述结合数字图像技术的夹层材料力学性能测试方法包括：
2.根据权利要求1所述的结合数字图像技术的夹层材料力学性能测试方法，其特征在于，所述步骤A中静力学三点弯曲试验装置由上夹具(1)、金属板(2)和下夹具(3)组成；所述上夹具(1)位于金属板(2)的上方，所述上夹具(1)左右两侧下表面设计有安装凸台用于与所述金属板(2)固定连接，凸台高度应至少大于夹芯试验件厚度；所述上夹具(1)上表面中部设计有夹持结构用于试验时与试验机上夹头连接；所述下夹具(3)位于金属板(2)的下方，与所述金属板(2)中部固定连接；所述下夹具(3)用于试验时与试验机下夹头连接。
3.根据权利要求2所述的结合数字图像技术的夹层材料力学性能测试方法，其特征在于，所述金属板(2)的材料选择屈服强度较高的金属材料，包括钛合金，厚度范围为3mm～5mm，左右两侧和中间需要与上下夹具连接的位置需做局部加强。
4.根据权利要求3所述的结合数字图像技术的夹层材料力学性能测试方法，其特征在于，所述步骤A中静力学三点弯试验中夹芯材
5.根据权利要求4所述的结合数字图像技术的夹层材料力学性能测试方法，其特征在于，所述步骤F具体包括：
6.根据权利要求5所述的结合数字图像技术的夹层材料力学性能测试方法，其特征在于，在所述步骤G中，首先将初始假设的材料本构参数代入有限元模型，计算单元节点处的应变数据，通过双线性插值将由VIC-3D相关计算得到的实测应变数据插值到与有限元模型单元节点相同位置处，以相同位置处有限元数值计算应变和实测应变之间的方差构造参数识别的目标函数：
7.一种结合数字图像技术的夹层材料力学性能测试系统，其特征在于，所述结合数字图像技术的夹层材料力学性能测试系统使用如权利要求1至6中任一项所述的结合数字图像技术的夹层材料力学性能测试方法进行夹层材料力学性能测试。
...【技术特征摘要】
1.一种结合数字图像技术的夹层材料力学性能测试方法，其特征在于，所述结合数字图像技术的夹层材料力学性能测试方法包括：
2.根据权利要求1所述的结合数字图像技术的夹层材料力学性能测试方法，其特征在于，所述步骤a中静力学三点弯曲试验装置由上夹具(1)、金属板(2)和下夹具(3)组成；所述上夹具(1)位于金属板(2)的上方，所述上夹具(1)左右两侧下表面设计有安装凸台用于与所述金属板(2)固定连接，凸台高度应至少大于夹芯试验件厚度；所述上夹具(1)上表面中部设计有夹持结构用于试验时与试验机上夹头连接；所述下夹具(3)位于金属板(2)的下方，与所述金属板(2)中部固定连接；所述下夹具(3)用于试验时与试验机下夹头连接。
3.根据权利要求2所述的结合数字图像技术的夹层材料力学性能测试方法，其特征在于，所述金属板(2)的材料选择屈服强度较高的金属材料，包括钛合金，厚度范围为3mm～5mm，左右两侧和中间需要与上下夹具连接的位置需做局部加强...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚婉婷，张旭东，杨东，刘懋霖，张宇晗，高博文，
申请(专利权)人：北京空天技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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