DIC法による超多点表面変位場にもとづく鋼部材裏面や内部の損傷同定法の開発

基于DIC法的超多点表面位移场钢构件背面和内部损伤识别方法研究

基本信息

批准号：
22K04286
负责人：
海老澤健正
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Nagoya Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04286/
关键词：
画像計測逆解析変形亀裂鋼構造

项目摘要

まず，DIC法での3次元変位場の測定精度向上において，本質的に重要となる計測対象領域の「鮮明な」高解像度画像を得ることについて検討を行った．具体的には，スペックルパターンの黒点の大きさ・密度，画像の平均輝度および明暗のスペクトル分布ついて条件を変化させて計測を行い，測定誤差の変化から適切な撮影条件の組み合わせを求めた．特に，画像輝度については，撮影対象となる供試体において，曲率を持つ箇所や部材角部のように複数平面からなる個所の計測では，コントラスト不足や白飛びを避けることにも留意した．次に，DIC法で測定された表面変位場からFEモデルで裏面ひずみを算定する過程を検討した．FEモデルは，初期状態での対象部位のDIC法による表面形状計測データに板厚を付加することで3次元ソリッド要素モデルにコンバートすることで，DICで得られる高密度の表面測定点に対応した超多自由度の高精度FEモデルを構築した．板構造では曲げ変形の影響が大きいので，板厚方向の要素分割数についてもあわせて検討した．板裏面および内部の変形・ひずみはこのFEモデルの表面節点にDIC法で得られた変位場を強制変位として与えて算定する．この一連の作業について，DIC測定での欠損データの補間の自動化等，ダイレクトに変換できるプログラムを作成し効率化を図った．そして，上に示したFE解析に用いるための実験として，板材の繰り返し載荷実験の準備を行った．ここでは，ダンベル型試験片を用いて一軸の繰り返し漸増載荷試験を実施することを前提に，平行部に曲げ座屈で塑性変形が集中するよう，供試体の詳細寸法を決定した．

首先，我们研究了如何获得测量目标区域的“清晰”高分辨率图像，这对于使用 DIC 方法提高三维位移场的测量精度至关重要。具体来说，我们测量了不同条件下散斑图案中太阳黑子的大小和密度、图像的平均亮度以及明暗光谱分布，并根据测量误差的变化找到合适的成像条件组合。特别是在图像亮度方面，我们在测量要拍摄的样本上具有曲率或多平面的区域（例如零件的拐角）时，注意避免对比度不足和曝光过度。接下来，我们研究了根据 DIC 方法测量的表面位移场，使用 FE 模型计算背面应变的过程。 FE模型对应于通过DIC方法获得的高密度表面测量点，通过使用DIC A方法将目标零件的初始状态的表面形状测量数据加上板厚度，将其转换成三维实体单元模型。构建了多自由度高精度有限元模型。由于板结构中弯曲变形的影响较大，因此我们还考虑了板厚方向上的单元划分数量。通过将 DIC 方法获得的位移场作为受迫位移应用于该有限元模型的表面节点，计算板背面和内部的变形和应变。我们创建了一个程序，可以直接转换这一系列任务，例如自动插值 DIC 测量中的缺失数据，以提高效率。然后，作为上面所示的有限元分析中使用的实验，我们准备在板材料上进行重复加载实验。这里，假设使用哑铃形样本进行单轴重复增量加载试验，确定了样本的详细尺寸，以使弯曲屈曲引起的塑性变形集中在平行部分。