焊接過程是一個(gè)局部不均勻加熱的過程,不均勻溫度場會導(dǎo)致熱應(yīng)力產(chǎn)生,造成殘余塑性變形和殘余應(yīng)力,以及引起結(jié)構(gòu)變形,由此會影響到結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度及穩(wěn)定性,從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載能力降低。焊接殘余應(yīng)力和殘余變形在某種程度上會影響焊接結(jié)構(gòu)的承載能力和服役壽命,殘余變形及殘余應(yīng)力測量對控制焊接殘余應(yīng)力、改善工藝具有重要指導(dǎo)作用。精確測量和表征焊接過程產(chǎn)生的應(yīng)變及殘余應(yīng)力分布,并提供有效、充足的焊接構(gòu)件應(yīng)力狀態(tài)信息是亟待解決的難題,具有非常重要的工程實(shí)踐意義。數(shù)字圖像相關(guān)法是一種成熟的變形測量技術(shù),依賴于相機(jī)、計(jì)算機(jī)等設(shè)備,具有非接觸式、無損傷、全場測量和精度高等優(yōu)點(diǎn),測量準(zhǔn)備工作簡單。本文基于二維數(shù)字圖像相關(guān)法、計(jì)算固體力學(xué)相關(guān)理論,將線性化的逐步增量變剛度法運(yùn)用于焊接高溫應(yīng)變-應(yīng)力分析與計(jì)算,提出了適用于焊接全場高溫的應(yīng)變-應(yīng)力算法,開展了304不銹鋼鎢極氬弧焊（Gas Tungsten Arc Welding,GTAW）焊接熱影響區(qū)全場焊接殘余應(yīng)力分布研究,并對全場應(yīng)力測量精度影響因素進(jìn)行分析驗(yàn)證。首先,基于二維數(shù)字圖像相關(guān)法的應(yīng)變測量方法、計(jì)算固體力學(xué)、彈塑性力學(xué)等理論,提出了適用于焊接高溫?zé)釓?.. 

【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

高斯熱源加熱半無限體示意圖[1]

第一章緒論6方法的發(fā)展，從單點(diǎn)應(yīng)變測量發(fā)展為全場應(yīng)變測量。圖1-2云紋干涉法的波前干涉原理[21]Fig.1-2Theoryofmoiréinterferometry[21]焊接殘余應(yīng)力機(jī)械釋放測量方法還包括切割法，輪廓法，以及在此進(jìn)一步改進(jìn)的復(fù)合輪廓法等。切割法首先在待測構(gòu)件表面貼應(yīng)變片，然后對構(gòu)件進(jìn)行多次切割以釋放殘余應(yīng)力，由測量得到的應(yīng)變可對構(gòu)件殘余應(yīng)力情況進(jìn)行分析，在切割過程中須盡量減小引入塑性變形與熱，該方法已廣泛用在碳鋼、鋁、不銹鋼焊接構(gòu)件殘余應(yīng)力的測量分析中[28,29]。輪廓法最早于2000年提出，可用于測量構(gòu)件指定截面上的殘余應(yīng)力，較切割法有更廣區(qū)域的應(yīng)力信息以及更好的測量精度。輪廓法主要利用切割面的變形信息進(jìn)行有限元計(jì)算得到殘余應(yīng)力分布信息，其主要步驟如下：首先使用線切割方法對構(gòu)件切割，其次使用激光掃描方式得到垂直于切割面的變形信息，接著對數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪，最后使用有限元對其進(jìn)行分析。輪廓法僅能獲得垂直于切割面的殘余應(yīng)力，而復(fù)合切割法則對構(gòu)件進(jìn)行多個(gè)垂直面切割，可獲得二維的殘余應(yīng)力信息，復(fù)合輪廓法已得到廣泛的實(shí)際應(yīng)用[30,31]。機(jī)械釋放測量殘余應(yīng)力的方法可根據(jù)對構(gòu)件的破壞程度分為微損測量與破壞測量兩類，鉆孔法及與其相關(guān)的方法屬于微損測量，應(yīng)變片的選取與粘貼，針對不同材料鉆頭種類、鉆速及下沉速度選擇等都對殘余應(yīng)力測量結(jié)果有較大影響，而輪廓法等屬于破壞性測量，測量后原構(gòu)件無法使用，只能測量模擬件中的殘余應(yīng)力。1.2.3焊接殘余應(yīng)力無損測量焊接殘余應(yīng)力的無損測量方法主要有X射線衍射法及中子衍射等方法，衍射類測量方法基本原理基本一致。焊接后構(gòu)件存在內(nèi)應(yīng)力，材料中晶體晶面間距由無應(yīng)力狀態(tài)的變?yōu)閐，材料中晶體的晶面間距可由布拉格定律測量：與晶體晶面間距一

第一章緒論8圖1-3典型二維數(shù)字圖像相關(guān)法測量系統(tǒng)Fig.1-3Typicalopticalimageacquisitionsystemforthe2DDICmethod.數(shù)字圖像相關(guān)法最早在1980年代于美國南卡羅來納大學(xué)進(jìn)行研究，Peter與Ranson提出了數(shù)字圖像相關(guān)法的基本思想與理論模型[36]，隨后Sutton等對該種方法進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)[37]。數(shù)字圖像相關(guān)法原理主要包括用以描述區(qū)域變形狀態(tài)的型函數(shù)、用以評定區(qū)域相關(guān)程度的相關(guān)系數(shù)計(jì)算函數(shù)、圖像亞像素差值方法、搜索算法等重要方面，直至20世紀(jì)90年代，不同學(xué)者一直在對數(shù)字圖像相關(guān)法的各個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)。形函數(shù)方面，H.Lu的研究表明二階型函數(shù)較一階型函數(shù)有更高的計(jì)算精度[38]。相關(guān)系數(shù)用以評判不同圖像中不同區(qū)域的相似度，是數(shù)字圖像相關(guān)法中最重要的部分之一，其不同的計(jì)算方式具有不同的計(jì)算準(zhǔn)確度、計(jì)算效率與抗干擾能力，不同學(xué)者對相關(guān)函數(shù)的性能作出了歸納總結(jié)，可在不同實(shí)驗(yàn)環(huán)境中選取不同形式的相關(guān)函數(shù)，在一定程度上避免光照等不確定因素帶來的誤差，增強(qiáng)算法的抗干擾能力[39-43]。多種圖像亞像素插值方法可在不同程度上提高計(jì)算結(jié)果的精度，但會極大增加搜索量，由此許多學(xué)者提出了許多有效的搜索策略：Sutton等在匹配算法中加入梯度下降搜索，在實(shí)現(xiàn)亞像素級搜索的基礎(chǔ)上提高算法的運(yùn)算速度[44]，Vendroux等針對傳統(tǒng)的高斯-牛頓迭代算法提出改進(jìn)，用整像素搜索結(jié)果作為亞像素搜索迭代初值，加快了算法迭代收斂速度，潘兵等對迭代過程進(jìn)行優(yōu)化，為減少重復(fù)計(jì)算對插值系數(shù)進(jìn)行預(yù)計(jì)算，提高了計(jì)算速度[45,46]。二維數(shù)字?jǐn)?shù)字圖像相關(guān)法（2D-DIC）技術(shù)測量無法應(yīng)用于物體三維變形的測量，近年來學(xué)者們又提出了基于立體視覺匹配的三維圖像相關(guān)法（3D-DIC）。隨著圖像相關(guān)法原理的各方面的研究不斷深入，測量精度不斷提?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]基于數(shù)字圖像相關(guān)法的焊接高溫應(yīng)變在線測量及熔池圖像分析[D]. 周雪.上海交通大學(xué) 2018



本文編號：3403096