第四章 數位影像相關法於中空圓環的全場位移 與應變量測與應變量測
4.4 數位影像相關法於位移與應變量測
4.4.2 數位影像相關法量測結果說明
圖 4- 34 的右半部。圖中可以看出剪切應變於支撐角度增加時因橫向力量增強產生 COMSOL 有限元素法分析獲得於施力下的位移、應變及應力圖形。分析的結果在
表 4- 1 等向性材料常數計算結果
項目 壓克力 鐵 鋁
楊氏係數 E 2.78 GPa 215.1 GPa 73.4 GPa
蒲松比n 0.384 0.283 0.327
密度r 1172kg m3 7876kg m3 2701kg m3
厚度tthick 5.54 mm 30.22 mm 20.01 mm
縱波傳遞時間TL 5.1352 sm 10.1894 sm 6.3475 sm 橫波傳遞時間TT 11.9904 sm 18.5241 sm 12.5084 sm
縱波波速cL 2158m s 5932m s 6305m s 橫波波速cT 924m s 3263m s 3199m s
表 4- 2 光學彈性材料待測物尺寸
內徑 D1 40.10 mm
外徑 D2 80.20 mm
厚度tthick 5.6 mm
密度r 1172 kg m3
表 4- 3 中空圓環有限元素法模擬邊界條件表 Pin-Y
Point Number
Force Displacement
x y x Y
Point 1 － -F Pin-X=0 －
Point 2 -F/(2*tanθF2) F/2 － Pin-Y=0 Point 3 F/(2*tanθF2) F/2 － Pin-Y=0
Point 4 － － Pin-X=0 －
Pin-XY Point
Number
Force Displacement
x y X Y
Point 1 － -F Pin-X=0 －
Point 2 -F/(2*tanθF2) F/2 Pin-X=0 Pin-Y=0 Point 3 F/(2*tanθF2) F/2 Pin-X=0 Pin-Y=0
Point 4 － － Pin-X=0 －
圖 4- 1 圓環三點施力實驗系統示意圖
圖 4- 3 工業相機搭配的 50 mm 鏡頭
圖 4- 5 鋁製施力架照片
圖 4- 6 七公斤掛附施力砝碼
圖 4- 7 鐵製加壓平台
圖 4- 9 槓桿加壓施力的自由體圖分析
θ Weight
Reaction Force from Plate
Steel Plate Displacement
Steel Plate Rod
Displacement by Press Aluminum
Pressing Frame
Sliding Hole with Small Tolerance
Rotation and Displacement
圖 4- 11 平台角度限制壓克力支撐架
圖 4- 13 超音波量測料常數系統架設示意圖
圖 4- 14 光學彈性壓克力圓環與未空孔圓環
圖 4- 15 鐵製加壓平台與同材料製成的塊材
圖 4- 16 光學彈性壓克力材料縱波波形量測結果
圖 4- 18 鐵製塊材縱波波形量測結果
圖 4- 20 鋁製施力架縱波波形量測結果
圖 4- 22 光學彈性材料三點施力力圖分析
理論計算結果 光彈法拍攝結果
COMSOL 固定 Y 模擬結果 COMSOL 固定 X 及 Y 模擬結果 圖 4- 24 於 120 度施力作用下的 COMSOL 邊界條件設定模擬結果與理論質計算結
果及光彈法拍攝結果比較
Angle(。) Von Mises Stress Angle(。) Von Mises Stress
0 90
30 120
60 150
Angle(。) Displacement( mm ) Angle(。) Displacement( mm )
0 90
30 120
60 150
圖 4- 26 有限元素法軟體 COMSOL 總位移量模擬結果
Angle(。) COMSOL X Displacement( mm ) Angle(。) DIC X Displacement( mm )
0 0
30 30
60 60
Angle(。) COMSOL X Displacement( mm ) Angle(。) DIC X Displacement( mm )
90 90
120 120
150 150
圖 4- 28 有限元素法軟體 COMSOL 模擬與 DIC 量測 X 方向位移量結果(續)
Angle(。) COMSOL Y Displacement( mm ) Angle(。) DIC Y Displacement( mm )
0 0
30 30
60 60
Angle(。) COMSOL Y Displacement( mm ) Angle(。) DIC Y Displacement( mm )
90 90
120 120
150 150
圖 4- 30 有限元素法軟體 COMSOL 模擬與 DIC 量測 Y 方向位移量結果(續)
Angle(。) COMSOL e11 Angle(。) DIC e11
0 0
30 30
60 60
Angle(。) COMSOL e11 Angle(。) DIC e11
90 90
120 120
150 150
圖 4- 32 有限元素法軟體 COMSOL 模擬與 DIC 量測 11 方向應變量結果(續)
Angle(。) COMSOL e12 Angle(。) DIC e12
0 0
30 30
60 60
Angle(。) COMSOL e12 Angle(。) DIC e12
90 90
120 120
150 150
圖 4- 34 有限元素法軟體 COMSOL 模擬與 DIC 量測剪切應變量結果(續)
Angle(。) COMSOL e22 Angle(。) DIC e22
0 0
30 30
60 60
Angle(。) COMSOL e22 Angle(。) DIC e22
90 90
120 120
150 150
圖 4- 36 有限元素法軟體 COMSOL 模擬與 DIC 量測 22 方向應變量結果(續)
圖 4- 37 有限元素法軟體 COMSOL 模擬不同角度施力下於外圓邊界的 X 位移
u-displacement @ outer diameter
(mm)
Angle (o)
0-Supported 30-Supported 60-Supported 90-Supported 120-Supported 150-Supported
30-(-75, -22.6) 60-(-60, -33.1) 90-(-45, -46.4) 120-(-30, -91.5) 0-(0.0, 66.9) 30-(4.6, 63.0) 60-(3.4, 53.2) 90-(9.1, 34.4) 120-(27.3, 7.8) 150-(63.8, 3.1)
150-(-14, -184.9)
-200 -150 -100 -50 0
v-displacement @ outer diameter
(mm)
30-(-20.5, -115.4) 0-(-20.5 -173.2)
圖 4- 39 數位影像相關法計算流程圖 相關係數極值演算法求疊代初始位置
更新形狀函數
反向高斯演算法計算形狀函數修正變量
判斷修正變量是否小於閾值
完成
點外圓三點，計算外圓半徑
點選角度模塊兩接觸點定義Y軸計算原點
點選內圓一點，計算內圓半徑
計算MATLAB三角網格切割，顯示切割結果進行判斷
圖 4- 41 數位影像相關法圓環追蹤特徵點示意圖
第五章 建構數位影像相關法二維與三維誤差的
Center Center Center 。兩相機的影像座標單位為相素，左相機感光元件的每