【摘 要】
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数字图像相关方法（Digital Image Correlation,DIC）是目前使用最广泛的变形测量技术之一,具有非接触全场测量的优势。尽管DIC方法已经取得了诸多进展,但是在大变形问题中仍然面临挑战。作为DIC方法在三维中的直接推广,同样的挑战还出现在数字体图像相关（Digital Volume Correlation,DVC）方法中。本文的主要研究内容是针对大变形问题改进DIC和DVC方法
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数字图像相关方法（Digital Image Correlation,DIC）是目前使用最广泛的变形测量技术之一,具有非接触全场测量的优势。尽管DIC方法已经取得了诸多进展,但是在大变形问题中仍然面临挑战。作为DIC方法在三维中的直接推广,同样的挑战还出现在数字体图像相关（Digital Volume Correlation,DVC）方法中。本文的主要研究内容是针对大变形问题改进DIC和DVC方法,进一步提高大变形测量能力。（1）引入预变形辅助策略描述更为复杂的子区变形,提出预变形辅助的前向加性高斯牛顿算法,提高了DIC方法对复杂变形的测量精度。数值实验表明,预变形辅助策略在复杂变形中能够提高约一倍的测量精度。预置裂纹的拉伸实验表明该方法在真实实验中的可靠性。（2）引入拟共形映射为大变形问题提供从边界变形和特征匹配中估计全场变形的计算工具,提出了基于拟共形映射的大变形DIC方法。数值实验表明,拟共形映射的引入使大变形的测量范围得到扩展,同时保持较高的测量精度。单轴拉伸和三点弯实验表明该方法在真实实验中的可靠性。（3）为了进一步突破特征提取算法的限制,提出了棋盘格散斑模式,使用棋盘格角点替代特征点作为约束条件,提高了基于拟共形映射的DIC算法的稳定性和鲁棒性。数值实验表明,棋盘格散斑模式为初值估计提供了稳定可靠的计算依据。（4）将基于拟共形映射的DIC方法推广至DVC方法中,实现了可靠的三维全场变形初值计算,拓展了DVC算法在固体内部三维大变形测量的能力。数值实验表明,该方法在大拉伸变形的测量中表现较好。本文研究一定程度上提高了DIC、DVC方法对大变形的测量能力和测量精度,具有较强的工程应用价值,并为后续改进提供了值得探讨的方向。
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