利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2021114030178
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种基于DIC技术的4D打印柔性蒙皮变形效能评估方法,其特征在于:包括以下步骤:

步骤1:准备可变机翼实验样件,确定自适应可变机翼缩比验证段为试样,配置使试样应变及变形角度被同时检测到的实验环境,设置样件及检测设备之间的摆放位置;

步骤2:制作散斑,对可变机翼实验样件上表面的4D打印柔性蒙皮部段(2)以及变形角度检测部段(4)进行散斑喷涂,其余部位保持原样;

步骤3:使用校准板对检测设备中的各个相机进行校准;

步骤4:设置变形加载条件;

步骤5:采集散斑图像,当柔性蒙皮产生相应的变形之后,负责上表面应变检测的两台相机和负责变形角度检测的两台相机分别对现时由密集斑点的检测区域进行同步连续的图像采集,采集到的图像传输到计算机;

步骤6:应变检测结果分析;

步骤7、变形角度检测结果分析;

步骤8,将步骤6检测得到的应变结果和步骤7检测得到的变形角度结果联立,建立4D打印柔性蒙皮效能评估模型,对4D打印柔性蒙皮变形效能评估。

2.根据权利要求1所述的一种基于DIC技术的4D打印柔性蒙皮变形效能评估方法,其特征在于:步骤1中,所述可变机翼实验样件包括4D打印柔性蒙皮部段(2)、简化的柔性机翼非

4D打印部段(1)、变形角度检测部段(4)、通过机翼驱动装置连接孔(3)连接的机械驱动装置及连接轴;

所述4D打印柔性蒙皮部段(2)包括支撑骨架(2‑2)、设置在支撑骨架(2‑2)下部的第一橡胶蒙皮面层(2‑1)和设置在支撑骨架(2‑2)上部的第二橡胶蒙皮面层(2‑3);所述支撑骨架(2‑2)是基于4D打印的由TiNi基超弹性合金制成的波纹型蒙皮支撑骨架结构;

所述检测设备包括设置在可变机翼实验样件左上方的第一安装支架(7‑1)、设置在可变机翼实验样件上方的第二安装支架(7‑2)、依次设置在第一安装支架(7‑1)上的第一相机(5‑1)、用于角度检测的第一光源(6‑1)、第二相机(5‑2)、依次设置在第二安装支架(7‑2)上的第三相机(5‑3)、用于应变检测的第二光源(6‑2)、第四相机(5‑4);

可变机翼实验样件及检测设备之间的摆放位置关系为:可变机翼实验样件安置于支撑架之上,对4D打印柔性蒙皮部段(2)进行应变检测的第三相机(5‑3)和第四相机(5‑4)垂直于4D打印柔性蒙皮部段(2)上表面检测区域,对变形角度检测部段(4)进行柔性机翼变形角度检测的第一相机(5‑1)和第二相机(5‑2)保持与可变机翼实验样件侧面平行。

3.根据权利要求1所述的一种基于DIC技术的4D打印柔性蒙皮变形效能评估方法,其特征在于:步骤2中,散斑喷涂使用黑色油性哑光喷漆与白色油性哑光喷漆混合使用。

4.根据权利要求1所述的一种基于DIC技术的4D打印柔性蒙皮变形效能评估方法,其特征在于:步骤3中,相机校准的参数包括全局坐标系、两相邻相机之间的距离、相机摆放角度以及相关坐标系参数;

整个校准过程使用12张校准图像,在校准期间,应当依次在第一相机(5‑1)和第二相机(5‑2),第二相机(5‑2)和第三相机(5‑3),第三相机(5‑3)和第四相机(5‑4)之间依次校准,以实现各相邻相机之间参数的联立;

第一相机(5‑1)和第二相机(5‑2),第二相机(5‑2)和第三相机(5‑3),第三相机(5‑3)和第四相机(5‑4)每个部分都是一个典型的双摄像机立体视觉系统,这三个子系统通过标定进行连接,利用针孔摄像机模型的透视投影,每个摄像机的图像坐标到摄像机坐标的转换表示如下:

i i

式中,α为比例因子,p为3D投影到2D投影的投影矩阵,遵循针孔摄像机规则,为图像坐标, 为摄像机坐标,具体的:

i

式中,f为镜头焦点。

5.根据权利要求1所述的一种基于DIC技术的4D打印柔性蒙皮变形效能评估方法,其特征在于:步骤4中,在对4D打印柔性蒙皮进行变形效能测试时,为了增加测试结果的准确性,应当设置不同加载工况的实验,在每一组的试验过程中,变形角度的拍摄过程和上表面应变检测的过程须同时进行。

6.根据权利要求5所述的一种基于DIC技术的4D打印柔性蒙皮变形效能评估方法,其特征在于:所述试验过程包括只拍摄柔性蒙皮在变形前与变形后两处位置的静态测量过程、从柔性蒙皮的变形起始位置开始拍摄跟踪至变形结束位置的动态测量过程、反向静态测量过程和往返的动态测量过程;

所述反向静态测量过程是指可变机翼实验样件先在终止位置拍摄,然后让可变机翼实验样件恢复至初始状态,在起点位置处在进行一次静态拍摄;

所述往返的动态测量过程是指从可变机翼实验样件的起始变形时刻开始记录,加载到最大变形处,然后让其恢复,记录一个往返的动态过程。

7.根据权利要求1所述的一种基于DIC技术的4D打印柔性蒙皮变形效能评估方法,其特征在于:步骤5中,当柔性蒙皮产生相应的变形之后,负责上表面应变检测的第三相机(5‑3)和第四相机(5‑4)和负责变形角度检测的第一相机(5‑1)和第二相机(5‑2)分别对现时由密集斑点的检测区域进行同步连续的图像采集,采集到的图像传输到计算机,在图像上划分并选择具有独立斑点特征的子区域,经过相应的图像匹配及三维数字散斑相关算法,得到子区域的位移场,其代表了柔性蒙皮检测区域各点的三维位移信息;

所述三维数字散斑相关算法中图像匹配采用零均值归一化互相关函数作为相似度判别准则,计算公式为:

式中:f(xi,yi)为变形前子区中某点的灰度值,fn为变形前子区的平均灰度值,g(xi,yi)为变形后子区中某点的灰度值,gn为变形后子区的平均灰度值。

8.根据权利要求1所述的一种基于DIC技术的4D打印柔性蒙皮变形效能评估方法,其特征在于:步骤6中,应变是形变量与原来尺寸的比值,用ε表示,即ε=ΔL/L,无量纲,用百分数表示,采用毫应变来描述上表面极其微小的形变,在最终的应变结果提取中,提取4D打印柔性蒙皮在Y,X两个方向上的在加载过程中的毫应变分布状态。

9.根据权利要求1所述的一种基于DIC技术的4D打印柔性蒙皮变形效能评估方法,其特征在于:步骤7中,根据采集的图像然后得出柔性蒙皮变形角度的具体过程如下:

7.1寻找可变机翼实验样件旋转中心,在侧面随机选取三个点,在变形过程中,三个点的运动轨迹为三条弧线,起点与终点的连线为弦长,通过弦长作垂线,交点即为旋转中心;

7.2获取旋转中心坐标,采集的每一帧图像都代表着可变机翼实验样件的变化过程,每一帧图像会由7.1所设定的三个点计算出一个圆心坐标,坐标的误差随时间逐渐减小,以重复次数最多的坐标作为旋转中心,从而确定运动轨迹和旋转轴;

7.3在确认旋转中心之后,根据建立的坐标系,每个点的起始与终止位置的坐标也随即确定,在获得三个点的起始与终止位置的坐标之后,根据两点之间的连线可以获取基于迹线的线性公式,并以此获取该运动轨迹的中点坐标,根据三个垂线方程,即可确定旋转中心点的具体位置;

7.4计算变形角度,终点位置的角度与起始位置的角度相减即可得到试验过程中柔性蒙皮的旋转角度。