《基於試件圖像分析的超塑脹形實驗測量與力學解析研究》是依託吉林大學，由馬品奎擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於試件圖像分析的超塑脹形實驗測量與力學解析研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：馬品奎
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
超塑性脹形成形具有典型性，且為二維應力狀態，故在超塑性力學理論研究和套用開發中都具有重要地位。目前，在超塑性脹形實驗中只能測量脹形件極點處高度，而無法測量脹形的外形輪廓和變形，因此，為了便於研究，只能藉助脹形件極點高度與等效應力、等效應變速率間的關係建立超塑性脹形的力學解析，其計算結果必然存在誤差。為此，本項目擬採用圖像測量方法，利用工業數字攝像機持續採集脹形件數字圖像，並通過對脹形件數字圖像的分析和處理，測量脹形的幾何參數、輪廓曲線和變形。在此基礎上通過實驗分析建立真實條件下的力學模型，測量超塑性材料的應變速率敏感性指數m和應變硬化指數n等材料參數，確定材料參數的變化規律、幾何形狀的變化和變薄規律，最終給出材料參數與幾何形狀的變化和變薄規律間的力學解析解。其研究成果對於進一步深入超塑性理論研究和拓展超塑性套用開發具有重要意義。
結題摘要
超塑性脹形實驗在超塑性力學理論研究和套用開發中具有重要作用，一直以來，由於脹形實驗中只能測量脹形件極點高度，卻無法測量其外形輪廓以及輪廓上各點的變形情況，因此，為了便於研究，超塑性脹形力學分析只能在一定的假設條件下，藉助脹形件極點高度與等效應力、等效應變速率間的關係建立力學解析理論，其計算結果必然存在誤差。本項目研究採用雙目立體視覺系統對超塑性自由脹形實驗進行非接觸測量，充分利用圖像測量信息全面的特徵，對脹形件幾何參數以及變形進行測量，並以此建立真實條件下的自由脹形解析理論。本項目具體研究內容主要包括： （1）設計開發適用於超塑性自由脹形測量的雙目立體視覺系統，根據雙目立體視覺系統模型，結合脹形件幾何特點給出系統標定方法；給出了測量過程中如何進行圖像處理以提高測量精度和實時性，以及如何消除高溫影響等關鍵問題的解決方案；對實驗裝置的主機、載入系統和加熱系統進行了相應的改造設計。 （2）對實驗過程中如何套用雙目立體視覺系統測量脹形件幾何參數，以及脹形件上各點的變形進行了研究。幾何參數測量包括極點高度測量和脹形件輪廓曲面測量，並以此求解輪廓曲面其它參數，極點高度可實時測量，輪廓曲面可按照一定的頻率測量。變形測量包括應變、應變速率測量，並根據應變測量結果確定曲面上各點的厚度分布和變化，變形測量在極點處二者可實時測量，其它點則可按照一定的頻率測量。 （3）從靜力學、幾何學和物理學等方面，建立了真實輪廓曲麵條件下的力學平衡方程、幾何方程和本構關係，以此聯立邊界條件，可以確定應力、應變分布規律。 （4）給出了應變速率敏感性指數m值的實驗測量方法，套用該方法可在實驗過程中測得脹形件上各點的m值，以此分析m值隨幾何形狀和厚度分布變化的關係。 （5）建立了真實輪廓外形下的厚度變化模型，給出了實驗測量最佳載入應變速率的方法，並通過有限元方法給出了實現最佳應變速率的載入路徑。 超塑性脹形為平面應力狀態，它是一維變形向三維複雜變形的必然過渡，其理論研究具有一般性和普遍性；在套用上，超塑性脹形是超塑性成形的重要工藝，超塑性脹形以及脹形與其它工藝的聯合工藝已顯示出極大的優越性，通過研究其成形規律來提高成形速率、降低成形溫度、改善壁厚分布等更是進一步擴大其套用的關鍵。因此，本項目研究成果對於進一步深入超塑性理論研究和拓展超塑性套用開發具有重要意義。
