Video Motion Magnification (VMM) has gained considerable attention in the field of engineering measurement due to its impressive ability to amplify subtle motions. However, traditional algorithms often suffer from image artifacts and noise due to improper parameter settings, especially when dealing with weak motion. This paper introduces an improved VMM method that addresses this limitation by incorporating the Digital Image Correlation (DIC) technique. The proposed method utilizes DIC-measured image displacement results to analyze the dominant motion frequencies. Based on this analysis, the parameters of the VMM time domain filter are set accordingly. This approach enables motion magnification in videos while preserving image details and reducing noticeable artifacts. Simulation experiments conducted on an indoor precision displacement platform demonstrate the effectiveness of the proposed method. It eliminates the need for repetitive manual parameter adjustment through trial, producing clear and amplified motion videos. Additionally, it enables accurate measurement of small-scale motions. Overall, the proposed method enhances the performance of VMM by leveraging DIC and provides a more reliable and efficient approach for motion magnification in engineering measurement applications.
为探究复掺钢纤维下混凝土力学性能和裂纹扩展特性,利用云南会泽某深部矿山现场所取的砂、石、水泥等材料制成不同钢纤维掺量的混凝土试样,通过四点弯曲、劈裂拉伸和单轴压缩等试验获取试样抗折、抗拉和抗压强度,并借助数字图像相关技术(DIC)分析试样破坏和表面应变演化特征,优选出钢纤维混凝土配方应用于矿山竖井衬砌支护.同时对观测图像进行形态学处理,求算裂纹长度与裂纹扩展速度.试验结果表明:相较于对照组,添加钢纤维后混凝土试样的抗拉强度提升了 46％～83％、抗折强度提升了 24％～39％.钢纤维混凝土配方中,三掺钢纤维配方(40kg/m3长纤维,5kg/m3中长纤维,10kg/m3短纤维)对混凝土抗拉、抗折强度提升效果最佳,对残余强度和韧性指数的提升幅度最大.随着钢纤维尺寸种类的增加,试样位移-荷载峰后曲线斜率逐渐降低,同时混凝土试样内部固结后形成金属网结构的孔隙度降低,混凝土试样表面剥落量和裂纹衍生数量不断减少,到达峰值荷载时试样最大主应变降低.随着钢纤维种类增加,混凝土表面裂纹扩展平均速度减缓,相对起裂应力(起裂应力与峰值应力比值)逐渐降低,三掺钢纤维混凝土试样相对起裂应力最低(71％峰值荷载),平均裂纹扩展速度最慢(7.38mm/s).
数字体积相关(Digital Volume Correlation,简称DVC)方法是一种非接触、非干涉的内部三维变形场测量方法,其基本原理是通过匹配物体变形前、后的体图像来测量变形,目前已成为实验力学领域最重要的内部变形测量手段之一.DVC方法计算量大,计算时间长,同时,DVC子体块易受成像噪声影响,会降低测量精度.针对上述问题,提出一种基于体素选择的自适应DVC方法(VSA-DVC),该方法将子体块内体素灰度梯度作为判据进行有效体素筛选,构建只包含有效体素的不定形子体块参与配准过程,可以同时提升计算效率和测量精度.
将标准JRC(Joint Roughness Coefficient)曲线沿直线拉伸生成对应JRC曲面,模拟粗糙节理面,采用3D打印技术,制作包含JRC节理面的圆柱体试样.通过节理试样的SHPB(Split Hopkinson Pressure Bar)试验,探讨了节理面粗糙度(以JRC描述)和应变率对应力波能量传递的影响规律.试验研究表明:(1)应力波穿过相同JRC的节理时,反射能量系数大于透射能量系数.这表明:节理粗糙特征有助于应力波反射,并抑制应力波透射.(2)随着JRC增大,反射能量系数相应增加,透射能量系数相应减小,且最终都收敛于一个常数.(3)应变率对应力波能量传递影响类似于JRC,但应变率的影响趋势线是发散的.(4)根据应力波能量传递分析,文中提出了一种更优的透射波终点确定方法,即能量下降法.
铝塑复合膜是锂离子电池可以实现外形尺寸灵活变化的关键,其热封性能的优劣会影响到电池在使用过程中的安全.针对152μm厚的PA/A1/CPP铝塑复合膜,研究了在不同热封条件(热封温度、热封时间和热封压力)下铝塑膜的热封强度,通过理论计算选取合理的参数范围,利用万能材料试验机测试了热封后铝塑膜能承受的最大拉伸载荷,并将此作为衡量热封强度大小的标准;根据单因素实验结果分析热封强度在不同热封工艺参数下的变化规律,并设计了正交实验,依据正交实验结果,对热封工艺参数进行显著性分析,同时通过响应曲面法拟合影响显著的参数与热封强度之间的关系,构建了热封强度关于热封温度与热封时间的数学模型.结果表明,在铝塑膜有效封合的范围内,热封温度、热封时间和热封压力对铝塑膜热封强度的增加均起着正向作用,其中影响显著的参数为热封温度和热封时间.本研究得到的模型可以为企业生产过程中热封参数的选择提供依据.
对高弹态未硫化橡胶实施了不同变形模式(单轴拉伸和压缩)的循环力学实验,以考察其黏超弹性响应以及应变率对力学行为的影响.结果表明,材料的拉伸、压缩性能与加载速率和变形历史均有着显著的相关性.对于循环拉伸变形,应力-应变曲线的非线性特征较为明显,材料表现出类似于屈服的性质,且随着循环次数和变形量增加,迟滞损耗的积累趋势逐渐减弱;而对于循环压缩变形,应力-应变关系接近线弹性,且随着循环次数和变形量增加,材料刚度和迟滞损耗积累的趋势都逐渐增强.针对上述实验结果,在经典的Bergstrom-Boyce模型中引入损伤变量,对未硫化橡胶的应变率相关性和Mullins效应进行表征.理论计算结果表明,这种非线性黏超弹模型能够较好地描述未硫化橡胶在不同载荷条件下的变形响应与应力软化特征.
采用多参量(电荷感应、微震和声发射)同步综合监测系统,开展完整和预制裂纹正长花岗岩的三点弯曲试验,对其变形破裂过程的多参量信号特征进行研究.试验结果表明:完整和预制裂纹正长花岗岩在失稳破坏阶段有最强的多参量信号,在失稳破坏阶段产生的多参量信号的主频比较接近,但完整正长花岗岩多参量信号主频幅值是预制裂纹正长花岗岩多参量信号主频幅值的2倍左右.完整正长花岗岩从线弹性变形阶段、裂纹快速发展阶段到岩石失稳破坏阶段产生应力降时应力降的速度是快速增大的,裂纹快速发展阶段和岩石失稳破坏阶段声发射的最大震级和事件数远大于线弹性变形阶段的最大震级和事件数.正长花岗岩失稳破坏阶段多参量信号同步产生,产生的多参量信号与其他阶段相比主频最小,主频幅值最大;在试样失稳破坏阶段声发射信号早于电荷感应信号产生;电荷感应信号早于微震信号产生,声发射信号持续时间最短,微震信号持续时间最长,多参量信号都在试样产生应力降或失稳前产生.
标定系统温度控制加热管路可能存在加热的不对称性或不均匀性,从而导致上下壁面存在温度差,这个温度差可能诱发密闭室空气的扰动流动.而密闭室作为热线探头标定时运动的空间,其中的空气必须在探头起动前处于静止状态,否则,如果出现不期望的干扰流动,将会影响标定的精度.本文通过求解Navier-Stokes方程对上下壁面存在温度差的密闭室流场进行数值模拟,考察温度差诱发的扰动速度场及其对标定的影响,同时用实验方法借助悬挂丝线的摆动观察壁面温度差引起的诱导流动.温度差诱发都出现在密闭室壁面附近一个薄层内,且其量值小于设计指标要求的误差限,在其余的区域,也就是热线运动的区域,诱导的扰动速度都比设计指标要求的速度误差上限小一个量级,因此不影响标定精度;实验观察也证实,在密闭室上下壁存在温度差的情形下,肉眼观察不到丝线的摆动,说明扰动流动即使有,量值也很小,不影响标定精度.
为研究无约束条件下甲烷(CH4)/空气(air)预混气体的燃爆特性,以乳胶气球为反应容器开展了甲烷爆炸实验,结合Chemkin模拟和改进的比色测温技术,研究了不同当量比下甲烷/空气预混气体的火焰传播速度、爆炸超压及温度场分布等特征以及静置时间对预混气体燃爆特性的影响.实验结果表明:甲烷/空气预混气体的爆炸火焰传播速度呈振荡分布,当量比为0.83、1.06、1.30和1.55时的平均火焰传播速度分别为1.554m,s-1、2.122m·s-1、1.892m·s-1和1.428m·s-1;峰值超压随当量比的增加呈先增大后减小的趋势,当量比为1.06时基元反应CH3·+O2(=)O·+CH3O·的敏感性系数最大,从而加速了生成二氧化碳(CO2)的链反应,使得燃烧化学反应最彻底,峰值超压值最大;静置时间对火焰传播速度和爆炸峰值压力影响显著,最佳静置时间为6min;随着当量比的增大,爆炸火焰的平均温度呈现先增大后减小的趋势,当量比为1.06时,平均温度达到最大值2263K.
自然界中广泛分布的复合层状岩体,具有显著的结构不连续性、非均质性和各向异性特征.为揭示软硬互层状岩体在双轴压缩下的蠕变特征,采用相似模型试验,制作软硬互层状岩石类试样,开展了 3种不同侧向应力水平条件下平行于层理方向的轴向分级加载双轴压缩蠕变试验,并利用数字图像相关技术(DIC)进行了试样表面变形观测.研究发现,软硬互层状岩石类材料的蠕变包括减速蠕变、等速蠕变、加速蠕变3个阶段,且减速蠕变阶段与等速蠕变阶段占比较大,而加速蠕变阶段占比较小;随着侧向应力的增加,试样的蠕变破坏强度逐渐降低,而蠕变应变增加率随之增加;应力水平差异对试样蠕变特征有着显著的影响,当侧向应力相同时,随着轴向应力的增加,轴向应变也随之增加;当轴向应力相同时,轴向应变与侧向应变随着侧向应力的增加先减小后增大.试验过程中,利用DIC技术监测试样表面变形,发现当侧向应力水平较低时,试样的轴向应变主要取决于硬岩层,而当侧向应力水平超过软岩抗压强度后,软岩层内部裂纹的产生会导致试样宏观破坏提前发生.上述研究结果可为软硬互层状岩体工程建设及围岩长期稳定性分析提供理论参考.
在大型航天结构舱段试验中,通常需要粘贴大量的应变片来获取结构的应变测试数据.为了能够准确定位结构舱段上的应变片位置,本文研究了基于单目视觉测量技术的应变片空间坐标重建方法.该方法采用一台单反相机,从不同视角连续对构件进行拍摄,获得一组包含圆环编码点和应变片的图像序列;通过检测编码点图像坐标,构建相邻帧之间的匹配关系,然后基于相对定位原理估计相机姿态信息;再利用深度学习技术提取图像中的应变片坐标,结合估计的姿态信息对提取的应变片进行立体匹配,并且采用三角测量方法重构应变片空间坐标,从而实现应变片的三维定位.利用所研究的方法,分别对铝质平板和圆筒上粘贴应变片的三维坐标、碳纤维标尺的长度进行了定位.定位结果表明,该方法的重复定位精度优于0.05mm,三维点距离测量精度优于0.1mm.
发展非侵入、多维和多参数测量技术对于获取激波风洞的真实运行状态至关重要,本文基于 TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,可调谐二极管激光吸收光谱)对激波风洞驻室开展时空分辨测量研究,提出了一种可在有限射线下实现轴对称流场空间分辨测量的虚拟旋转射线重建方法;对该方法进行重建仿真,验证了其可行性;设计了一套适用于激波风洞强振动环境的光学系统,基于该光学系统开展了吸收光谱实验.实验结果显示:激波风洞的驻室区内发生了激波的入射和反射,风洞有效运行时间约为10ms,与数值模拟结果基本吻合;管壁附着的液态水蒸发使得壁面附近流场温度降低95K;驻室横截面内温度的分布呈现中心高、边缘低的特征.
桥梁在运营过程中面临着组合荷载的复杂环境,因此发展组合荷载下的损伤识别方法具有重要意义.本文提出了一种基于组合荷载响应特征融合的桥梁结构智能损伤识别方法,基于移动主成分分析对自重静载、温度准静态荷载、动态荷载下的结构响应数据分别进行特征挖掘,并将不同荷载下第一特征向量的组合作为机器学习模型的输入,建立结构的损伤识别方法.最后,以双跨连续梁的仿真模型进行了验证,研究结果表明,即使在大噪声水平下,以组合荷载特征向量进行损伤定位和定量的准确率分别可达91.65％和97.22％,比传统的单荷载下的准确率最高分别提升了 32.40％和18.00％,表现出优异的损伤检测性能和抗噪性.
强/台风的湍流特性往往变化较大,现有关于湍流特性对高层建筑风力特性影响的研究大多忽略了湍流积分尺度,只考虑了湍流强度的变化.本文基于方形高层建筑模型测压试验,研究了湍流积分尺度和湍流强度对高层建筑模型风力系数、功率谱和相关性的影响.结果表明:随着湍流强度的增大,层平均、脉动阻力和脉动升力系数增大;横风向层脉动风力功率谱的峰值和斯托罗哈数呈减小趋势;层脉动风力相关性增强;顺风向、扭转向脉动基底力矩系数明显增大;基底力矩功率谱变化规律与相应的层脉动风力类似.随着湍流积分尺度减小,层阻力系数明显减小;顺风向基底弯矩系数逐渐减小;顺风向、横风向层风力相关性减弱;层脉动风力功率谱变化不明显.
为提升传统刚度基立方非线性能量阱的性能,在立方刚度振子两侧加入弹磁元件,从而构造出一种新型弹磁强化非线性能量阱,通过实验研究了该能量阱的瞬态动力学响应.弹磁元件是由压缩弹簧和安装在弹簧上的永磁铁构成的,该磁铁与安装在质量块上的磁铁之间存在斥力.当立方振子进行往复运动时,磁斥力可以对振子的响应进行调节.在不同初始位移下,对比研究了加入磁铁前后振子的位移响应之间的差异,分析了弹磁元件对振子的弹性势能与衰减至平衡状态所需时间的影响,并研究了压缩弹簧的线径和弹磁间隙对振子响应的影响.结果表明,当线径较小时,安装弹磁元件的振子在绝大部分情况下振动衰减时间更短,弹性势能更小;当线径较大且初始位移较大时,则安装弹磁元件的振子的振动衰减时间较长,弹性势能较大.
为了考核叶片飞脱碎片撞击机匣的抗包容能力,采取钛合金方块作为弹体撞击复合材料平板机匣进行等效模拟.通过获取弹体不同冲击角度撞击不同厚度平板时的抗冲击临界速度,得到复合材料机匣在不同工况下的抗冲击能力极限.基于试验所获得的物理参数,进一步分析了抗冲击临界速度、应变响应、位移响应等关键物理量随平板厚度及撞击角度变化的规律.结果表明,复材平板抗冲击能力对厚度较为敏感,但呈非线性变化趋势;复材表面压应力会抑制表面裂纹的扩展,且厚度越大,这种效应越明显;机织复合材料结构抗冲击能力和裂纹扩展速度与其内部经纬纱编织角度有密切关系,且呈非单调关系.本文提出的等效考核机匣结构抗包容能力的试验方法和获得的试验数据可为真实机匣包容性试验的顺利完成提供支撑,降低适航试验取证的风险.
实际工程中岩体往往处于Ⅰ型和Ⅱ型加载同时存在的状态,而这种复合加载条件下岩石断裂行为的预测较为复杂,也是迫切需要解决的问题.本文基于Ⅰ型加载条件下测试得到的页岩试样断裂韧度,应用MTS(Maximum Tangential Stress,最大切向应力)断裂准则对页岩试样在Ⅱ型加载条件下的裂纹起裂角以及断裂韧度进行了预测.为评估预测效果,通过Ⅱ型加载条件下2种尺寸页岩断裂试验,发现Ⅰ型断裂韧度随岩样尺寸变化的趋势不同,Ⅱ型断裂韧度基本没有尺寸效应.通过比较预测结果以及试验结果发现,利用传统的MTS断裂准则预测的理论值与试验测试值相差较大.在预测过程中断裂过程区尺寸的确定也是非常重要的,如果不考虑断裂过程区的尺寸效应同样会造成很大的预测误差.结合MTS准则确定的断裂过程区尺寸,利用GMTS(Generalized Maximum Tangential Stress,广义最大切向应力)断裂准则预测的岩样裂纹起裂角以及断裂韧度都与试验测试值非常接近.
为分析冻融循环和紫外线对寒区混凝土坝抗震性能的影响,进行了双因素下坝体材料动力性能试验研究和高坝动力特性分析.考虑寒区紫外线辐射量及冻融循环次数,使用紫外线老化箱和冻融循环试验机模拟实际工况,得出紫外线辐照时间及冻融循环次数与寒区混凝土材料动态性能的影响规律;基于试验结果,利用数值方法分析了双因素对大坝动力损伤的影响.结果表明:与理想环境相比,紫外线辐射会降低混凝土的抗压强度和弹性模量;与单一冻融循环因素相比,紫外线与冻融循环双因素加剧了混凝土劣化;强震时,冻融和紫外线对混凝土的劣化影响,增加了大坝的损伤破坏程度.上述试验结果有助于更好地研究多因素对混凝土高坝动态力学性能的影响,可为寒区大坝抗震设计提供参考.
为了监测煤层注水减弱煤层的冲击倾向性和底板突水增加矿井冲击危险性的效果,利用电荷感应和微震同步监测系统,对平顶山矿井的原煤和砂岩开展单轴压缩下不同含水率煤岩的电荷感应和微震监测试验,获得了不同含水率原煤和砂岩变形破裂过程的电荷感应和微震信号特征.试验结果表明:随着含水率的增大,煤岩峰值应力减小,冲击倾向性减弱,经过浸泡饱和后煤样的峰值应力和砂岩的峰值应力分别降低了 21.8％和31.1％;随着含水率的增大,煤样变形破裂过程中产生的电荷感应和微震信号事件数都减小,信号强度也降低,电荷感应与微震信号均方值幅值减小,而砂岩变形破裂过程中产生的电荷感应和微震信号事件数却增多,信号强度也增强;煤岩变形破裂过程产生的电荷感应信号受水的影响比微震信号受水的影响大.煤层注水后有效降低了矿井的冲击危险性,煤层变形破裂过程产生的电荷感应和微震信号变弱;矿井底板突水时提高了矿井冲击危险性,从而底板变形破裂过程产生的电荷感应和微震信号增强.
为了探究抑制氢气喷射火的有效方法,并揭示氮气射流对氢气喷射火焰的影响规律,开展了一系列氮气作用下氢气喷射火实验.采用喷嘴直径为3mm、滞止压力为10atm的氮气射流,并改变氮气喷射高度和水平喷射距离,对氢气喷射火进行抑制.选择2种典型的氢喷射火,分别为喷嘴直径为3mm、滞止压力为0.1atm的过膨胀亚音速火焰和喷嘴直径为1mm、滞止压力为8atm的欠膨胀超音速火焰.实验结果表明,在氮气射流作用下火焰发生偏转,氢气喷射火长度衰减率随氮气喷射高度增大而减小.当氮气作用于火焰根部时,能有效地扑灭氢气喷射火.随氮气喷射距离增加,氢喷射火长度衰减率减小.另外,欠膨胀超音速氢气喷射火存在火焰抬升现象,氮气更易使喷射火熄灭,且在较大的水平喷射距离下仍能使火焰熄灭;过膨胀亚音速氢气喷射火由于抬升高度不明显,氮气射流灭火效果较差,仅能够在较小的水平喷射距离下使火焰熄灭.
