第37卷第8期 2016年8月
焊接学报
TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION
Vol.37 August
基于数字图像相关法的链环残余应力测量
林烈雄"，陆皓"2，徐济进'，程哲闻'（1.上海交通大学材料科学与工程学院，上海200240：
2.上海交通大学上海市激光制造中心与材料改性重点实验室，上海
200240
No.8 2016
摘要：基于数字图像相关法搭建了一套应力测量系统，分析了散斑图质量对测量精度的影响，通过面内平移试验和平面应力状态试验验证该测量系统的准确性。结果表明，测量精度会随散斑图质量的提高有一定程度的提高面内平移试验结果的相对误差都在3.5%以内，表明该系统具有较高的精度。平面应力状态试验的结果表明，使用该系统测量试样应力具有较高的准确度。将该测量系统应用于测量链环焊接残余应力，测量结果与使用应变片测
得的结果基本一致。该应力测量系统操作简单、精度较高，可用于特定条件下代替应变片进行残余应力测量关键词：数字图像相关法；焊接残余应力；面内平移；平面应力；链环
中图分类号：TG404 0序言
文献标识码：A
文章编号：0253360X(2016)08005504
1DIC基本步骤
焊接残余应力会降低结构的服役性能，如尺寸稳定性、抗应力腐蚀性能和抗疲劳性能等1-3).因此简便、快速、准确地测量焊接残余应力对提高焊接结构的性能和使用寿命的研究具有重要意义.1982 年,PetersWH等人"首次提出使用数字图像相关法（digital imagecorrelation，简称为DIC）进行实验力学研究，近年来，研究者提出各种用于提高DIC计算精度和速度的方法，为其应用研究费定了重要基础[3]，由于DIC具有操作简单、精度较高、可全场测量等优点，被广泛应用于裂纹扩展研究、热膨胀系数测量了、焊缝性能识别"等领域，但是其在焊接残余应力测量方面的研究报道还很少，因此研究其在焊接残余应力测量中的应用具有重要意义
由于焊接残余应力的存在，使得链环在服役过
程中会出现异常断裂，因此测量链环残余应力对其制造工艺的改进具有重要的指导意义：文中搭建了套精度较高的DIC应力测量系统，首先分析了散斑图质量对测量精度的影响，然后通过面内平移试验研究其测量精度，再进行平面应力状态试验研究其在试样应力测量中的准确度，并与应变片测量结果对比，最后将该测量系统应用于测量两种状态下
的链环焊接残余应力，收稿日期：2014-09-14
基金项目：重大专项(2012ZX04010-091）；国家自然科学基金资助项
(51405297,51575347,51204107)
图1为DIC基本步骤示意图，它通过记录试样表面变形前后的散斑图（其中变形前的图像称为参考图像，如图1a所示.变形后的图像称为目标图像，如图1d所示），再对这些图像进行处理和数值计算得到位移场等信息具体测量步骤及计算方法如下：
a)参考图像及其计算子区(c)位移场失量分布图
变形
(b)相关系数分布及二次曲面报合区域
(4)目标图像及四配的计算子区
图1DIC基本步骤示意图
Schematic illustration of DIC basic steps
Fig.1
（1）确定整像素位移：在参考图像中以计算点 P(x,y)为中心选一个M×M像素（pixel）的正方形作为计算子区在整个目标图像中寻找与参考图像计算子区匹配的计算子区（匹配程度由零均值的归化互相关函数确定的相关系数来决定），搜索到最