Page 34 - 理化检验-物理分册2023年第一期

刘 越, 等: 基于数字图像相关技术的鼓风机叶片动态应变试验

层厚度适中的白色哑光漆作为底漆, 遮盖试样本身
的光泽和颜色, 以防止在图像采集过程中发生反光 4 试验结果与分析
现象; 然后, 待白色底漆晾干后, 使用黑色碳素笔点 利用 VIC-3D 软件对两台高速相机采集到的散
涂黑色斑点, 保证散斑点的形状尽量是大小适中的 斑图像进行分析处理, 并采用拉格朗日( La g ran g e )
圆形, 且均匀分布于整个叶背表面( 见图 5 ); 最后, 算法进行计算, 得到的叶背表面二维应变云图( 第3
使用 VIC-3D 系统对散斑质量进行评估, 可得散斑 帧图片) 如图7所示。

半径为0.5088mm , 散斑密度为46.6% , 所测结果
能够满足测量要求( 黑白散斑各占约50% )。

图5 叶背随机散斑点的宏观形貌
3.3 振动试验过程中的图像采集 图7 叶背表面的二维应变云图
散斑图像采集分为静态拍摄阶段和动态拍摄阶 利用软件在叶背表面的根部设置多个节点, 测得
段。正弦振动试验之前, 叶片处于静止状态, 手动触 叶根处的 z 轴最大位移位于P 0 点, P 0 点位于叶根中
发两台高速相机, 使两台相机同步采集一组叶背表 心位置附近。利用软件在叶背的边缘位置设置4个
、 、 、 , 见图7 ), 并得到这4个单点在
面散斑图像, 并将所得结果作为参考图像, 以给出每 单点( P 0 P 1 P 2 P 3
个图像子区中心在变形前的位移原点。两台相机分 5个正弦振动周期内沿z 轴方向的位移曲线( 见图
别采集的叶背静态散斑图像如图6所示。叶片振动 8 )。由图 8 可知: 叶根附近 P 0 点 的 最 大 位 移 为

达到试验量值( 500Hz ) 且稳定后, 在很短的时间间 0.473mm , 而激光测振仪测得叶片根部中心位置的
0

隔内( 约1s ), 相机所采集的一系列叶背动态散斑图 位移为 0.457mm 。因此, VIC-3D系统测量最大位移

0

像约为4000幅, 将散斑图像传输到计算机内, 并利 与激光测振仪测量最大位移的相对误差约为3.% 。
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用 VIC-3D 软件进行计算, 可以得到叶片共振时的
应变分布及最大变形。

图8 4个单点沿z 轴方向的位移曲线
利用软件默认的正交均方差计算标准对图像
进行分析处理, 并对位移结果中的刚性位移进行

去除( 去除刚性位移不影响应变计算结果), 可得4
个单点在5个正弦振动周期内沿z 轴方向的变形
点的最大变形为
曲线( 见图9 )。由图 9 可知, P 0

0.0078mm 。
图10为4个单点在5和400个正弦振动周期
内的主应变曲线, 其中纵坐标表示主应变, 其正、 负
图6 两台相机分别采集的叶背静态散斑图像 值分别表示拉伸和压缩。由图10可知: 在正弦振动

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