主要研究發現及其對研究問題的影響

本研究通過創新性地將水轉印工藝與數字圖像處理相結合，提出了水轉印柵線相移云紋法，成功解決了超彈性材料大變形測量的關鍵技術難題。以下是主要發現及其對研究問題的影響：

一、核心發現

1. 水轉印柵制備技術的突破

• 成功將工業水轉印技術應用于測量柵線制備，制備的柵線厚度僅35μm（圖1），對試件附加影響極小，且適用于多種材料表面（包括曲面和生物軟組織）。

• 與傳統刻線、噴涂制柵方法相比，水轉印柵具有操作簡便、成本低、適用性廣的優勢。

2. 單幅圖像高精度相位提取算法

• 通過計算機算術運算（試件柵與參考柵圖像相減）生成數字云紋條紋（式3），結合Carré算法（式16）從單幅圖像中提取變形相位，避免了傳統物理相移的復雜性與誤差。

• 濾波技術（3×11像素均值濾波+3×7像素正余弦相位濾波）有效分離高頻柵線噪聲與低頻變形信號，提升相位計算精度（圖5）。

3. 靜態與動態大變形測量的實現

• 靜態實驗：聚氨酯圓環壓縮變形測量結果與有限元仿真高度吻合（u場誤差<5%，v場誤差<5%），驗證了方法的準確性（圖6-7）。

• 動態實驗：通過高速相機（32,000幀/秒）捕捉到沖擊載荷下應力波傳播的時空演化（圖8），并計算出聚氨酯的動態彈性模量（83.65 MPa）顯著高于靜態模量（27.00 MPa），發現應變率硬化效應（圖9）。

二、對研究問題的影響

1. 解決了超彈性材料大變形測量的技術瓶頸

• 傳統光學方法（如激光干涉、云紋干涉）僅適用于微米級小變形，而數字圖像相關法（DIC）需復雜標定與散斑制作。本研究提供了一種低成本、高精度、全場測量的替代方案，尤其適用于應變超過1000με的大變形場景。

2. 推動了動態力學行為研究的實驗方法創新

• 通過水轉印柵與高速成像結合，首次實現了超彈性材料在沖擊載荷下的μs級動態變形捕捉，為動態本構模型研究提供了可靠數據支持。

3. 拓展了光學測量技術的工程應用場景

• 方法無需精密位移裝置或復雜環境控制，易于在工業現場推廣，適用于汽車防撞材料、防護結構、生物軟組織等領域的變形監測。

三、研究貢獻

四、結論與影響總結

本研究通過跨學科技術融合，不僅解決了超彈性材料大變形測量的長期難題，更提供了從制備工藝（水轉印柵）、算法核心（Carré相位提?。┑?strong>動態應用（高速成像）的完整解決方案。其貢獻主要體現在：

1. 方法學層面：實現了光學測量從“小變形”到“大變形”、“靜態”到“動態”的范式拓展；

2. 理論層面：為超彈性材料動態力學行為研究提供了新數據與新見解；

3. 應用層面：為工程結構可靠性評估與材料設計提供了低成本、高效率的測量工具。

未來可進一步探索與人工智能、多模態光學測量技術的結合，推動該方法在智能制造、生物醫學等領域的更廣泛應用。

• 0
• 0
• 0
• 0
• 0
• 0
• 0
• 0