CN101182994A - 非接触式测量间接拉伸应变的方法 - Google Patents
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Abstract
非接触式测量间接拉伸应变的方法，涉及到一种测量拉伸应变的方法。它解决了现有间接拉伸应变测量方法的精度低、测量量程小、测量区域受限制等问题。本发明对被测试件的端面进行人工斑化，然后在被测试件加载的过程中，通过CCD摄像机记录被人工斑化的端面的图像信息，然后采用数字斑化相关方法对所述图像信息进行分析，进而获得被测试件被人工斑化的端面的应变信息。本发明采用现有技术中比较成熟的数字散斑相关方法为基础，将其与间接拉伸试验相结合，从而形成一种新的测量间接拉伸应变的方法，它可以应用到现有需要测量间接拉伸应变的场所中。
Description
技术领域
本发明涉及到一种测量间接拉伸应变的方法。
背景技术
间接拉伸试验由于实验方法简单，试验时试件的受力状态与车轮荷载作用下沥青混凝土层的受力状态十分相似，非常容易用此试验来模拟路面的实际受力破坏情况，许多国家和单位都进行了研究和应用。但作为此试验的关键指标——间接拉伸应变的准确测量一直是各国研究的重点。目前，获得间接拉伸应变的主要方法及其局限性如下：
(1)计算法
通过测定试验过程中试件x、y方向的总变形，代入平面弹性理论求解得到间接拉伸应变。此方法力学模式清晰，计算方法简单，但存在明显的不足之处，由于沥青混合料沿轴向为非均质弹性体，而此方法的理论假设基础为平面力假设，与实际情况不符。试验中试件轴向力所产生的影响不能考虑进去，因此计算得到的间接拉伸应变不可信。
(2)应变片法
将应变片贴在所测区域，便可测出此区域的平均应变。测得值的大小跟所贴区域有关，由于这种方法所采用的粘结介质一般环氧树脂，因此其所测定的值实质上为环氧树脂的应变，并不能真正反映界面中心应变随加载时间变化的情况。
(3)LVDT测量
LVDT是超小型高分辨率的变形测量仪器，量程只有0.25mm，最小分辨率不小于0.0025mm。它通过布置在试件上的测钉固定，并且有一个专用的模型板来布置测钉。测钉离试件圆心19mm处布置，且四个均匀分布在两个相互垂直的直径上。试验时，测钉间距随着试件的变形而变化，其上的LVDT测得两测钉之间的位移作为该方向试件的位移，通过测得水平、竖直两个方向的位移，代入公式可计算得到间接拉伸应变。
此种方法以SHRP为代表，列入美国ASTM规范。虽然认识到了以试件总变形测定沥青混合料间接拉伸应变的不足之处，并考虑了试件受端部加载条及非线性应力的影响，由测量总变形改为测量试件中部应力分布相对稳定区域的变形，但仍存在不足之处。用测钉固定测量范围，虽然试验便于操作，但是沥青混合料是非均匀介质，所定间距内的平均应变受该段距离内骨料粗细的影响，若骨料所占比例较大，则应变会较小；若胶结料较多，则应变会较大。同时，由于试件表面受力后的凸起作用会使测钉发生扭转，此时，测钉的位移并不是测钉所在两点的位移。由于LVDT量程很小，试件中经常发生试件破坏时损坏装置的现象，因此用LVDT测量时不能进行一次性破坏试验，试件的破坏荷载无法得到。且装置价格过高，广泛应用存在一定的困难。
数字散斑相关方法是二十世纪末发展的一项光力学测量技术，目前已经成为一种成熟的测量方法，数字散斑相关方法是从随机的散斑信号中提取位移和应变信号，数字散斑相关方法的优点有：一、测量范围大，大至宇宙空间小至电镜纳米变形测量，尤其适合于测量大变形或微变形；二、精度高，其测量灵敏度一般可达0.01～0.05像素所代表的大小；三、采用非接触方式测量，不给被测物体附加质量；四、光路简单，容易实现。
发明内容
为了解决现有间接拉伸应变测量方法的精度低、测量量程小、测量区域受限制等问题，本发明提供了一种非接触式测量间接拉伸应变的方法。
非接触式测量间接拉伸应变的方法的具体过程为：
步骤一、制备马歇尔试件；
步骤二、将制备好的马歇尔试件切割成63.5±1.3mm的高度；
步骤三、对步骤二获得的试件的切割端面进行人工斑化，然后干燥；
步骤四、将步骤三获得的试件固定在力学加载仪器的夹具中；
步骤五、将CCD摄像机的镜头与人工斑化的试件端面相对固定放置；
步骤六、在人工斑化的试件端面与CCD摄像机之间固定测量光源，所述测量光源使人工斑化的试件端面光线均匀；
步骤七、调整CCD摄像机，使CCD摄像机光轴垂直于人工斑化的试件端面，并且人工斑化的试件端面在CCD摄像机中成像位于图像中间位置；
步骤八、调整CCD摄像机的焦距使人工斑化的试件端面在所述CCD摄像机中成像清晰；
步骤九、采用计算机控制启动CCD摄像机，并使其以频率f开始拍照；同时启动力学加载仪器对试件进行加载；
步骤十、停止力学加载仪器对试件加载，同时停止CCD摄像机的拍照，记录力学加载仪器输出最大加载力的时刻t；
步骤十一、采用计算机对比初始时刻和加载最大时刻t对应的两个人工斑化的端面图象，采用数字散斑相关方法进行分析，获得试件在受力最大时刻的间接拉伸应变。
本发明的方法采用现有技术中已经相对成熟的数字散斑相关方法为基础，将其与间接拉伸试验相结合，从而形成一种新的测量间接拉伸应变的方法，它的优点有：
(1)测量精度高。采用数字散斑相关方法对物体形变进行测量，测量位移的精度为0.01像素，经试验，采用本发明的方法测量间接拉伸应变的精度能达到微应变级。
(2)技术方案简单，易于操作。本发明测量方法步骤简单，一般技术人员通过简单的培训即可掌握。
(3)非接触测量。整个测量过程中测量装置和被测试件不产生接触，一、对试件的测量结果不产生任何干扰；二、避免了试件不均匀及加载设备震动带来的影响；三、方便进行一次性破坏试验来获得试件的破坏荷载。
(4)能够在测试过程中记录加载过程中不同载荷下的被测试件端面的图像信息，可以对被测试件在不同载荷情况下的应变情况进行分析。
附图说明
图1是被测试件加载前人工斑化端面的图像，图2是图1所示的试件在加载最大的时刻的人工斑化端面的图像，图3是横向拉伸应变分布图。
具体实施方式
本实施方式的非接触式测量间接拉伸应变的方法的具体过程为：
步骤一、制备马歇尔试件；
步骤二、将制备好的马歇尔试件切割为63.5±1.3mm的高度；
步骤三、对步骤二获得的试件的切割端面进行人工斑化，然后干燥；
步骤四、将步骤三获得的试件固定在力学加载仪器的夹具中；
步骤五、将CCD摄像机的镜头与人工斑化的试件端面相对固定放置；
步骤六、在人工斑化的试件端面与CCD摄像机之间固定测量光源，所述测量光源使人工斑化的试件端面光线均匀；
步骤七、调整CCD摄像机，使CCD摄像机光轴垂直于人工斑化的试件端面，并且人工斑化的试件端面在CCD摄像机中成像位于图像中间位置；
步骤八、调整CCD摄像机的焦距使人工斑化的试件端面在所述CCD摄像机中成像清晰；
步骤九、采用计算机控制启动CCD摄像机，并使其以频率f开始拍照；同时启动力学加载仪器对试件进行加载；
步骤十、停止力学加载仪器对试件加载，同时停止CCD摄像机的拍照，记录力学加载仪器输出最大加载力的时刻t；
步骤十一、采用计算机对比初始时刻和加载最大时刻t对应的两个人工斑化的端面图象，采用数字散斑相关方法进行分析，获得试件在受力最大时刻的间接拉伸应变。
在步骤三中所述的人工斑化，可以在试件切割端面上喷涂反光效果好的白色漆、银粉漆，或者在试件切割端面上涂玻璃微珠。
在步骤四中所述的力学加载仪器的夹具与被测试件相接触的表面是曲率为50.8mm的内凹圆弧面，以保证所述夹具与被测试件的表面之间是面接触。
在步骤六中采用日光灯作为测量光源，所述测量光源放置在CCD摄像机镜头的光轴的斜上方。
在步骤九中启动CCD摄像机和力学加载仪器之前，关闭、遮挡测量光源之外的所有光源，避免外界光源对测试结果的影响。
本实施方式中使用的CCD摄像机的像素越高越好，一般采用100万象素以上的CCD摄像机，本实施方式采用的是130万象素的CCD摄像机。
本实施方式中的加载设备采用MTS810型电液伺服材料测试系统。
Claims (6)
1.非接触式测量间接拉伸应变的方法，其特征在于它的具体过程为：
步骤一、制备马歇尔试件；
步骤二、将制备好的马歇尔试件切割为63.5±1.3mm的高度；
步骤三、对步骤二获得的试件的切割端面进行人工斑化，然后干燥；
步骤四、将步骤三获得的试件固定在力学加载仪器的夹具中；
步骤五、将CCD摄像机的镜头与人工斑化的试件端面相对固定放置；
步骤六、在人工斑化的试件端面与CCD摄像机之间固定测量光源，所述测量光源使人工斑化的试件端面光线均匀；
步骤七、调整CCD摄像机，使CCD摄像机光轴垂直于人工斑化的试件端面，并且人工斑化的试件端面在CCD摄像机中成像位于图像中间位置；
步骤八、调整CCD摄像机的焦距使人工斑化的试件端面在所述CCD摄像机中成像清晰；
步骤九、采用计算机控制启动CCD摄像机，并使其以频率f开始拍照；同时启动力学加载仪器对试件进行加载；
步骤十、停止力学加载仪器对试件加载，同时停止CCD摄像机的拍照，记录力学加载仪器输出最大加载力的时刻t；
步骤十一、采用计算机对比初始时刻和加载最大时刻t对应的两个人工斑化的端面图象，采用数字散斑相关方法进行分析，获得试件在受力最大时刻的间接拉伸应变。
2.根据权利要求1所述的非接触式测量间接拉伸应变的方法，其特征在于，在步骤三中所述的人工斑化，可以在试件切割端面上喷涂白色漆或者银粉漆，或者在试件切割端面上涂玻璃微珠。
3.根据权利要求1所述的非接触式测量间接拉伸应变的方法，其特征在于，在步骤四中所述的力学加载仪器的夹具与被测试件相接触的表面是曲率为50.8mm的内凹圆弧面。
4.根据权利要求1所述的非接触式测量间接拉伸应变的方法，其特征在于，在步骤六中采用日光灯作为测量光源，所述测量光源放置在CCD摄像机镜头的光轴的斜上方。
5.根据权利要求1所述的非接触式测量间接拉伸应变的方法，其特征在于，在步骤九中启动CCD摄像机和力学加载仪器之前，关闭、遮挡测量光源之外的所有光源。
6.根据权利要求1所述的非接触式测量间接拉伸应变的方法，其特征在于，所述CCD摄像机的像素大于100万象素的CCD摄像机。
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| CNA2007101447864A CN101182994A (zh) | 2007-12-10 | 2007-12-10 | 非接触式测量间接拉伸应变的方法 |
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