在实验验证仿真模型时,以仿真模型为基准的DIC测量真是方便!
我们设计出整车或是零部件模型后,一定要进行实验验证它的精度,经过多次实验,直到仿真精度达到我们预设的标准时,才能交付使用。之前在测量应力应变时,使用传统的非接触式全场光学DIC测量系统,确实比之前贴应变片或是用应变计测量方便很多,而且减少了很多误差,准确性大大提高,我们将量测到的数据导入仿真设计软件,修正改进仿真设计模型,感觉实验次数相应减少;但是无意间,一次看到网上有一帖子,介绍了以仿真模型为基准进行DIC测量。于是做了进一步的深入了解,因为如果在DIC测量系统中如果直接在网格模型上就能直接做应变分析,那对我们仿真设计验证来说实在是太方便啦,这不知道能提高多少工作效率,能少熬几个小时哦!
Blender是三维DIC实验的辅助工具你听说过Blender吗?Blender是一个全面的、开源的、跨平台的3D创建套件,可以用来创建照片逼真的渲染、动画,甚至是全长电影。Blender的渲染引擎可以生成任何3D环境的基于物理的照片真实渲染。特别是,它可以用于实验的虚拟设计,只需使用CAD文件,如LMT研究人员(法国巴黎萨克莱大学)在中所示。在这种情况下,典型工作包括以下4个步骤: 1.零件设计这可以使用任何CAD软件或Blender本身来完成。导入前应将零件转换为三维曲面网格(例如,e.g,.stl file)。 2.纹理在Blender中导入零件网格后,必须将真实纹理应用于零件网格。 3.摄像机定位。Blender的微调相机管理允许准确地预测实验视野(FOV)。为了尽量减少测量不确定性,还可以考虑摄像机定位的自动化。 4.渲染一旦零件已纹理化并定位好相机,Blender就可以生成真实的渲染图像。在任何实际实验之前,遵循前面的步骤就可以验证实验测试的可行性,并根据需要调整设备(相机、镜头、照明等)的选择。 虚拟测试:Blender与有限元模拟相结合。如果我们对试验样品的基本模型和边界条件有一个粗略的估计,我们甚至可以在试验的预可视化方面更进一步。纹理化的网格可以在Blender中变形,用户只需提供一个逐点的位移场。然后,我们可以使用有限元模拟产生的位移场来变形混合器中的网格,并生成变形部分的渲染(图1)。
在预期的实际实验中,这种方法是非常有趣的,因为它让我们测试许多参数对测量精度的影响。对于2D-DIC,通常使用数字图像上的虚拟测试来评估算法的精度。Blender在将这种方法扩展到3D试验时非常有用,因为处理3D纹理变形是其核心功能之一。仅举几个参数,这种方法可以用来评估透镜畸变、散斑形状和大小对测量精度的影响。 一个基于弹性模拟的简单例子假设我们想对机翼模型进行弯曲试验(图2)。我们可以在Abaqus中引入这种载荷(图2a),并假设其行为为线弹性,我们可以计算施加在机翼尖端附近2.5 mm位移的位移场。快速重制后,将铁网导入搅拌机(图2b)。然后我们将斑点图案纹理应用于网格。此时,我们在模型周围放置了两个摄影机,并对未变形状态进行了渲染(图2c,为简洁起见,仅显示了第一个摄影机的渲染)。最后,我们使用有限元模拟中计算的位移在Blender中对网格进行变形,并生成变形图像的渲染(图2d,仅显示第一个摄影机的渲染)。在另一篇文章中,搅拌机的使用在复杂结构的情况下更为详细(https://eikosim.com/en/technicalarticles/结构测试预视觉化/) 然后我们可以使用EikoTwin-DIC从这些虚拟图像对计算三维表面位移。尽管在优化相机位置或调整散斑图案时没有特别注意,但EikoTwin DIC测量的弯曲运动非常接近模拟中规定的位移(图3a-b)。使用EikoTwin中的“载荷有限元结果”功能,我们还可以查看位移误差的空间分布,这证实了测量的良好精度(图3c)。 前景展望将来,我们计划扩展实验预设及评估工作,根据实验条件进一步量化我们的测量精度(图4)。例如对于给定的有限元网格和几何体,在我们的实验中适用什么样的理想纹理?这种图案的理想斑点大小(图4a-c)或形状(图4d)是什么?严重的透镜畸变对测量的位移有什么影响(图4e)?期待更多关于这个主题的博文!
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