电子散斑干涉测量技术在薄板结构模态分析中的研究

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1、电子散斑干涉测量技术在薄板结构模态分析中的研究电子散斑干涉测量技术在薄板结构模态分析中的研究TheStudyonModelAnalysisofThinPlateBasedonElectronicSpecklePatternInterferometry学科专业:光学工程研究生:季业指导教师:贾大功副教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一二年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位

2、或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名:签字日期:年月日我是爱天大的!!学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名:导师签名:签字日期:年月日签字日期:年月日摘要电子散斑干涉测量技术是一种高精度、全场实

3、时测量技术,广泛应用在各种载荷下变形的检测中。利用该技术测量物体在振动时的变形是近些年国内外研究的热点之一。薄板结构易受到外界激振而发生变形,研究该结构的共振性质对于机械加工领域有重要的意义。本文详细论述了振幅波动的电子散斑干涉技术的测量原理和应用,研究了该技术在薄板结构模态分析之中的应用,并搭建了实验系统。论文的主要研究内容如下:1、首先从理论上推导了基于振幅波动的电子散斑干涉技术的测量原理。利用瑞利-利兹法深入研究了悬臂固定、双边固定、四边固定三种不同边界条件下方形薄铝板的共振模态,并得到了前8阶的共振频率以及对应的挠度分布。利用挠度分布公式结合

4、振幅波动的电子散斑干涉技术的测量原理,通过Matlab计算三种边界条件下前8阶散斑共振条纹的光强分布。2、搭建了AF-ESPI实验系统。设计了大面积均匀光照射光源和系统光路;设计了一套基于STM32内核的嵌入式可调频率的正弦信号激振源,完成了0~10MHz的信号输出;利用C/C++语言编写了上下位机的控制程序、图像采集程序、人机界面程序等。3、利用搭建的AF-ESPI实验系统进行了振动模态实验,得到了悬臂固定、双边固定、四边固定三种不同边界条件下方形铝薄板各阶共振频率和相对应的散斑共振条纹图像,并将测量结果、理论计算值以及ANSYS分析值进行了对比,

5、给出了相对误差值。4、提出了一种计算薄板在共振模态下变形真实值的新算法。该算法将共振条纹图像和挠度分布理论公式结合,从被测薄板的单幅条纹图像中提取条纹间隔的信息,根据条纹间隔结合挠度分布公式计算薄板在共振下变形的真实值。为了验证该算法的可行性,采集了不同激振电压下共振条纹图像,利用算法从条纹中计算薄板共振的变形值。比较了薄板上的特殊点变形的理论计算值和测量值,给出了两者之间的误差。关键词:振幅波动电子散斑干涉术,模态分析,振动测量,薄板结构,挠度变形ABSTRACTElectronicSpecklePatternInterferometryisahi

6、ghprecision,full-fieldandrealtimetechnology,whichiswidelyusedinmeasurementofthedeformationcausedbyallkindsofloading.ThemeasurementofdeformationinvibrationusingESPIisaresearchfocusinrecentyears.Thinplatestructureiseasilydeformedcausedbyexternalvibrationsource.Sotheinvestigationo

7、fthinplate’sresonanceisverynecessaryinthefieldofmachiningoperation.Inthisthesis,wediscusstheoryandapplicationoftheAmplitude-FluctuationESPI.ThenweinvestigatetheapplicationofAF-ESPIonresonantmodelanalysisofthinplate.TheAF-ESPIexperimentsystemisalsosetupThemainworklistedasfollowi

8、ngiscompletedinthisthesis:1.Firstlyweintroduceandanaly