Применение метода зондирующих отверстий и метода корреляции цифровых изображений для определения остаточных напряжений

Abstract

Остаточные напряжения могут появиться из-за технологических особенностей процесса изготовления, из-за конструктивных особенностей (несимметричности укладки), вследствие длительных силовых или температурных воздействий, и т.п. В работе исследуется применение корреляции цифровых изображений в методе зондирующих отверстий для определения остаточных напряжений в композиционных материалах. Исследовались образцы, вырезанные из панели полимерного композиционного материала с несимметричной укладкой, в которых определялись деформации, появившиеся после просверливания отверстия в образце. Фиксация деформаций проводилась бесконтактно, с использованием метода корреляции изображений. Для повышения точности фиксации деформации на образцы наносился паттерн. В рамках данной работы рассматривались два варианта паттерна: крупный (размер маркера 0,05-0,8 мм) и мелкий (размер маркера 0,02-0,2 мм). Так как остаточные деформации был небольшими, то крупный паттерн не дал показательных результатов. Полученные экспериментальные деформации сравнивались с численным расчетом методом конечных элементов. Решение обратной задачи теории упругости для идентификации остаточных напряжений проводилось в системе Comsol с использованием численного конечно-элементного моделирования, метода Монте-Карло и Нельдера-Мида. Метод Монте-Карло применялся для поиска глобального минимума функции невязок, а метод Нелдера-Мида для уточнения локального минимума. Функция невязок расчетных и экспериментальных данных вычислялась в среднеквадратичном приближении. Для уточнения среднего поля деформаций в эксперименте и игнорирования неустранимых погрешностей, связанные с неточностью экспериментальных данных, вводились малые значения поправки. В результате исследования было получено достаточное совпадение численных и экспериментальных результатов. Отличием реализованного метода от других методов измерения деформаций вокруг зондирующих отверстий является получение полной картины для всех компонент деформаций.