三维数字图像技术的柔性体低速碰撞试验研究

瞿力铮， 邓小伟， 余征跃， 洪嘉振

(上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院， 上海 200240)

柔性多体系统接触碰撞动力学问题广泛存在于现代航空航天、机械制造、军事交通等领域，如人造卫星的太阳能帆板舒展到位锁定时的碰撞；精密滚珠轴承间滚珠与导珠管的接触碰撞；铰机构间隙引起的撞击等。碰撞现象的特点在于短时间内物体的运动状态发生剧烈的变化，其动力学过程具有高度非线性，构件之间的接触会频繁改变系统拓扑构型。瞬时作用的冲击载荷也会引起局部区域的应力集中，激发柔性体的高频动力学响应，引起系统动态特性瞬时改变[1]。

如何更准确描述和求解接触碰撞问题已成为该领域的研究热点，碰撞问题的研究在理论分析和数值计算方面更为深入[2-3],理论研究者采用多种非线性有限元的方法[4]，将碰撞本质重新还原为柔性体的接触碰撞问题[5]。因碰撞过程短、响应频率高、应力梯度大等条件制约，柔性多体系统碰撞试验研究相对较少，相关学者主要采用电阻应变片和多普勒激光测振仪进行测量[6-8],这些方法只能采集系统单点或多点响应,得到的信息有限。

近年来数字图像相关方法因能得到被测物体表面全场响应，逐渐应用于材料破坏[9]、弯曲变形[10]、高温变形[11]以及损伤检测[12]等领域。在柔性体低速碰撞研究中，由于二维高速摄像系统受离面位移的影响，只能测量面内碰撞[13]。本文在此基础上进一步探索，搭建……