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《撞击载荷下数字电子散斑离面位移的测试研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第28卷第4期Vol.28,No.41996年7月ACTAMECHANICASINICAJuly,1996撞击载荷下数字电子散斑离面1)位移的测试研究佟景伟 张东升 李鸿琦(天津大学力学系,天津300072)摘要 采用瞬态光学图像采集技术,实现了动态数字散斑干涉(DSPI).以周边固支圆板受法向撞击集中载荷为例,对其离面位移场进行了测试.实验值与动有限元计算结果比较,两者是比较接近的.关键词 红宝石脉冲激光器,瞬态光学图像采集技术,动态数字散斑干涉,动有限元引 言[1～3]在静动态光力学研究领域中,以往都是在暗室中使用全息干板记录干涉图像.[4]Cookson等首次采用脉冲激光器,通过磁带
2、记录手段把摄像机靶面上的光强信息记录[5～7]下来,从而得到物体在振动时的电子散斑条纹图.Preater也通过这种方法测试了旋转物体的面内变形.由于他们采用磁带记录和电子处理的手段,其条纹质量较差.在本文中作者引入瞬态图像采集技术.由于要采集时间30～50ns的瞬态脉冲激光信号(相当于用250万次ös高速照相机才能记录到的图像信息).这就需要在加载装置、图像采集系统和脉冲激光器之间有很好的同步精度.利用CCD摄像机将物体受撞击前后的散斑场直接记录和存储在图像采集卡的帧存体中,从而实现了撞击载荷下的数字散斑干涉,使条纹质量大大提高.1 动态电子散斑干涉法的离面位移测试原理在图1所示的光路中,经过
3、半反半透镜,经宝石脉冲激光分束后,分别照射到物面和参考面上.物面和参考面上的两个散斑场又通过这个半反半透镜在CCD摄像机的靶面上发生干涉.当物体未受撞击载荷时,用瞬态图像采集系统采集到摄像机靶面上散斑场的光强信息,它可表示为22I0(x,y)=Ar+As+2ArAscos,H(1)其中Ar和As分别为物光和参考光的振幅,图1 离面位移测量光路H为它们在摄像机靶面上发生干涉的相对Fig.1Opticalarrangementfor位相差.out2of2planemeasurement1)国家教委博士点科研基金资助项目.1994212214收到第一稿,1995206208收到修改稿.©1995-2
4、004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.力 学 学 报494力 学 学 报 1996年第28卷 当物体受撞击载荷时,在物体受撞击后t时刻,设物体产生的离面位移为w(t),它引起两束相干光位相差的相对变化量为(t),用瞬态图像采集系统采集到摄像机靶面上的散斑场的光强信息为22I1(x,y,t)=Ar+As+2ArAscos,H+<(t)(2) 由于采用了瞬态图像的采集技术,物体受撞击载荷前后靶面上两幅电子散斑图像都直接记录和存储在图像采集卡的帧存体中,因此,可以实现数字散斑干涉.采用相减模式得
5、It(x,y)=ûI0(x,y)-I1(x,y,t)û=2H+<(t)<(t)(3)4ArAssin,õsin,22 由图1可知,当物光近似垂直物面照射时,<(t)与物体离面位移w(t)的关系为2P<(t)=w(t)(4)K 由(3)式可以看出,当<(t)=2nP(n=0,±1,±2,⋯)时,则It=0,出现暗条纹.将其它代入(4)式得nw(t)=(5)2K其中n为条纹级次,K为脉冲激光的波长.2 瞬态图像采集系统撞击载荷下光力学的瞬态图像采集系统是由386微机、CA2P530图像采集卡、CCD摄像机、图像监视器、光2电触发器、接触触发器、同步电路、精密延时器和计算机接口电路等组成.考虑到
6、物体受撞击前后要分别进行图像采集,红宝石脉冲激光器的工作方式是不同的.当物体受撞击载荷前,设置红宝石激光器在本机触发方式,让脉冲激光器仅发射一次脉冲光.当脉冲激光器出光,照射物体表面的瞬时,它也同时照射一个光2电触发器,其产生的电脉冲信号通过精密延时器和计算机接口电路控制图像采集卡工作,从而采集到瞬态光学图像.在物体受撞击载荷时,设置经宝石激光器在外触发方式,见图2所示,用电磁脉冲加载装置的锤头遮挡氦氖激光束产生的光2电触发信号和锤头打击到物体上的接触触发信号,分别控制红宝石脉冲激光器开始工作和物体受撞击载荷后延迟$t发射出脉冲激光.本文采用的是电磁脉冲加载装置,它可以提供重复性极好的撞击载荷
7、.3 周边固支圆薄板受撞击力时的离面位移测量试件是钢质圆薄板,直径为50mm,厚度为4.5mm,其圆心处受法向的撞击载荷.在试件受撞击载荷前,用瞬态图像采集系统采集到圆板变形前的电子散斑图,并记录和储存在图像采集卡中.试件受撞击载荷后,将红宝石激光器设置在不同的延迟时间3Ls,4Ls,5Ls,和6Ls,分别采集到对应的电子散斑图像,并记录和储存在图像采集卡中.将圆板变形前和受撞击载荷后时间延迟为$
