Математическое и программное обеспечение системы оценки деформации по оптическим изображениям для решения задач контроля механического состояния материалов

• Автор: Напрюшкин, Артем Алексеевич
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 155 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДОВ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ПРИ ОЦЕНКЕ ДЕФОРМАЦИИ МАТЕРИАЛА

1.1. Прикладные задачи оценки деформации и разрушения материалов

1.2. Современные методы неразрушающего контроля и алгоритмы оценки деформации материала

1.2.1 Классификация методов неразрушающего контроля

1.2.2 Традиционные оптические методы оценки деформации.

1.2.3 Повышение производительности методов оценки деформации

1.2.4 Оптикотелевизионный комплекс ТОМБС

1.3. Применение фрактального анализа в задачах оценки деформации материала

1.3.1 Основные принципы теории фрактального анализа

1.3.2 Методы оценки фрактальной размерности

1.4. Цель и задачи исследования
1.5. Основные результаты и выводы по главе.
ГЛАВА 2. КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ОЦЕНКИ ДЕФОРМАЦИИ МАТЕРИАЛА
2.1. Принципы производительной оценки деформации материала.
2.2. Концептуальная схема производительной оценки деформации.
2.3. Особенности метода корреляции цифровых изображений
2.4. Процедура оценки деформации на основе корреляционного подхода
2.4.1 Особенности процедуры оценки деформации
2.4.2 Функциональные недостатки процедуры оценки деформации на основе корреляционного подхода.
2.5. Повышение производительности процедуры оценки деформации
2.6. Моделирование изображений с заданной фрактальной размерностью.
2.6.1 Алгоритм Фурье фильтрации
2.6.2 Алгоритм смещений средней точки
2.6.3 Алгоритм угловых смещений
2.7. Исследование эффективности методов оценки фрактальной размерности на основе модельных изображений
2.8. Моделирование деформационного рельефа.
2.8.1 Общая система уравнений упругопластической среды в пространственном случае и особенности численной реализации.
2.8.2 Процедура генерации трехмерных структур
2.8.3 Моделирование поведения поликристаллической структуры при растяжении.
2.8.4 Моделирование развития пластической деформации на поверхности и в объеме поликристалла при растяжении
2.8.5 Исследование взаимосвязи фрактальной размерности и деформации по модельным изображениям деформационного рельефа
2.9. Требования к производительной системе оценки деформации
2 Основные результаты и выводы по главе
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ОЦЕНКИ ДЕФОРМАЦИИ МАТЕРИАЛА
3.1. Алгоритм линейных преобразований фрактальных оценок.
3.2. Влияние погрешности на оценку фрактальной размерности.
3.2.1 Влияние мультипликативного шума
3.2.2 Влияние аддитивного шума.
3.2.3 Влияние смешанного шума
3.2.4 Выводы по результатам исследования зависимости фрактальной оценки от зашумленности изображения
3.3. Помехоустойчивый метод согласования фрактальных оценок
3.3.1 Компенсация влияния мультипликативного и аддитивного шумов .
3.3.2 Компенсация влияния смешанного шума.
3.4. Влияние внешних факторов на оценку фрактальной размерности.
3.4.1 Влияние поворота изображения на оценку фрактальной размерности.
3.4.2 Влияние искажения яркости на оценку фрактальной размерности.
3.5. Взаимосвязь фрактальной размерности и деформации.
3.6. Основные результаты и выводы по главе.
ГЛАВА 4. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ОЦЕНКИ ДЕФОРМАЦИИ МАТЕРИАЛА.
4.1. Выбор среды разработки для реализации системы производительной оценки деформации материала.
4.2. Программные средства системы производительной оценки деформации материала ГкасМеттею.
4.2.1 Состав и структура программного обеспечения.
4.2.2 Описание работы модуля предвари тельной оценки деформации .
4.2.3 Описание модуля построения полей векторов смещений
4.3. Применение производительной системы оценки деформации
МАТЕРИАЛА В РАМКАХ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА ТОМБС.
4.3.1 Описание эксперимента с использованием комплекса ТОМБС
4.3.2 Эффективность использования МПОД в составе СОД
4.3.3 Интерпретация результатов работы СОД
4.4. Решение задачи оценки качества изготовления корпуса глубинного МАНОМЕТРА ТЕРМОМЕТРА САМТ СРЕДСТВАМИ СИСТЕМЫ БкасМеттек
4.4.1 Постановка задачи оценки качества изготовления корпуса глубинного манометра термометра САМТ.
4.4.2 Технология аттестации материала с использованием созданной системы .
4.5. Основные результаты и выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Подход к контролю механического состояния материала, заключающийся в предварительной экспрессоценке значимой деформации на основе фрактального анализа оптических изображений позволяет значительно увеличить вычислительную эффективность процесса определения деформации материала без существенной потери точности по сравнению с традиционным корреляционным подходом. Алгоритм линейных преобразований фрактальных оценок изображений позволяет получать несмещенные значения фрактальной размерности во всем диапазоне оцениваемых значений. Помехоустойчивый метод согласования фрактальных оценок позволяет получать уточненные значения фрактальной размерности по сравнению с традиционными методами фрактальной оценки при наличии аддитивных и мультипликативных шумов. Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и симпозиумах IV Ставеровских чтениях Всероссийской научнотехнической конференции с международным участием г. Красноярск, , VI Международной научнотехнической конференции Современные проблемы машиноведения г. Гомель, , Международной конференции по физической мезомеханике, компьютерному конструированию и разработке новых материалов г. Томск, , III Российской научнотехнической конференции Разрушение, контроль и диагностика материалов и конструкций г. Екатеринбург, , Второй международной конференции Деформация и разрушение материалов и наноматериалов г. Москва, , V Всероссийской конференции Механика микронеоднородных материалов и разрушение г. Екатеринбург, , XIV Международной научнопрактической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Современные техника и технологии г. Томск, , XV Всероссийской научнометодической конференции Телематика г. СанктПетербург, , ХЬУИ международной конференции Актуальные проблемы прочности г. Нижний Новгород, , Международной школысеминара Многоуровневые подходы в физической мезомеханике. Фундаментальные основы и инженерные приложения г. Томск, , Международной научнотехнической конференции Неразрушающий контроль и диагностика г. Томск, , Всероссийской научной конференции молодых ученых Наука. Технологии. Инновации г. Новосибирск, , XXXVIII Уральский семинар Механика и процессы управления г. Екатеринбург, , IV Российской научнотехнической конференции Ресурс и диагностика материалов и конструкций г. Екатеринбург, , XVII Международной конференции Физика прочности и пластичности материалов г. Самара, , Третьей международной конференции Деформация и разрушение материалов и наноматериалов г. Томск, , XXIX Российской школы, посвященной летию со дня рождения академика В. П. Макеева г. Екатеринбург, , VI Всероссийской конференции Механика микронсоднородных материалов и разрушение г. Екатеринбург, . По результатам работы имеется публикаций, в том числе 6 статей в рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендуемых ВАК, 1 свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ. Постановка задач создания метода оценки значимой деформации по разновременным оптическим изображениям на базе фрактального анализа и исследование его эффективности выполнены автором совместно с д. Плешановым. Разработка концепции построения производительной системы оценки деформации по оптическим изображениям выполнена автором совместно с к. Замятиным. Программная реализация алгоритмов генерации модельных фрактальных поверхностей и методов оценки ФР выполнена лично автором. Разработка моделей поведения поликристаллической структуры в условиях статического растяжения материала выполнена д. В.А. Романовой, а экспериментальное определение численной зависимости ФР от деформации материала с использованием методов фрактального анализа и разработанных моделей получено лично автором. Разработка математического и алгоритмического обеспечения предварительной оценки значимой деформации, а также экспериментальное получение численной зависимости ФР от деформации материала на основе реальных изображений поверхности материала выполнены лично автором. Постановка задачи исследования эффективности работы методов оценки фрактальной размерности на модельных изображениях при наличии шумов выполнена автором совместно с к. В.В.