本文提出了一种针对复杂大变形的散斑图像位移场的测量方法，该方法利用注意力机制和深度可分离卷积改进一个现有的卷积神经网络模型用于测量大变形位移场。为训练该模型，构建了符合真实情况的包含多种类型的散斑图像和复杂大变形位移场的数据集并提出了新的损失函数。该方法与传统数字图像相关方法以及最新的深度学习方法分别在自建数据集和公开数据集上进行了对比实验和结果分析。结果表明，所提方法在模型参数量最小的情况下取得了最高的平均精度，位移场计算速度也远超传统方法，能够满足大变形位移场的实际实时测量需求。

提出了一种基于卷积神经网络(CNN)的数字散斑图像位移场测量方法。采用给定多种变形模式的精确位移场系列数字散斑图像构建数据集,提出了一种数字散斑图像位移场识别CNN模型。模拟散斑图像的验证实验表明,所提方法对随机变形、轴向均匀变形、剪切变形等模式具有良好的计算效率和测试精度。硅胶单轴拉伸验证实验表明,所提方法也可以精确测试真实实验散斑图像位移场并具有较高的计算效率。所提深度CNN能够高效、精确地测试数字散斑图像位移场,在材料变形测试中具有良好的应用前景。

为了解喀喇昆仑公路(中国段)部分区域岩石力学性能, 采用数字图像相关技术, 对采集的不同岩性岩石, 在三点弯曲和单轴压缩的载荷作用下, 进行了岩样位移场、裂缝起裂、扩展等动态演化规律的实验研究。通过定量和定性分析, 得出了裂纹演化及路径因岩石种类不同有所区别, 三点弯曲岩样裂纹发生部位在受拉应力一侧, 单轴压缩试件在边角处局部压溃导致破坏, 通过比较裂纹演化, 千枚岩和片麻岩裂纹沿应力最大处纵向延伸, 云母片岩裂纹受层理和应力等因素影响, 裂纹呈锯齿形延伸。实验结果对提高这一地域岩石破坏机理的认识, 为防灾减灾及工程设施施工提供数据积累和参考。

深层土体水平位移场监测是基坑安全开挖的重要指标, 现有测斜法耗费大量人力, 且精度较低, 但仍是当前获得水平位移的主要方法。该文提出了一种基于光频域反射(OFDR)技术的分布式光纤测量法, 推导了应变-挠曲变形转换关系, 通过室内实验进行了验证, 证实了分布式光纤测斜的可行性和准确性, 且基于OFDR的测量方法在苏州某基坑工程中得到了应用, 准确详细地获取了基坑在开挖过程深层土体位移信息。

针对目前分布式光纤传感应变监测基本处于定性监测这一不足,通过构造分布式光纤传感网络,实现定量监测边坡的位移场。类比空间桁架结构能够构造静定或超静定光纤传感网络,建立由监测应变到节点位移间的非线性关系式,通过求解非线性方程组或非线性最小二乘问题计算节点位移。数值实验验证了该方法的准确性,并分析了该方法的精度。为定量监测边坡位移场提供了一种新的方法。

数字图像相关法测量具有非接触式、全场测量、结构简单等优点而得到广泛研究和应用。传统的应变场计算方法以位移场局部最小二乘拟合过程为核心, 使用全场统一的子区大小进行计算。在非均匀变形测量过程中, 这种计算方式存在较大的算法误差。较大的应变子区会使局部的变形梯度平滑, 而较小的应变子区不能对位移场误差进行有效地抑制。因此, 根据位移场局部梯度强度提出了一种位移场修正和动态选择应变计算子区大小的方法, 并且模拟生成散斑图像进行仿真。结果表明：所提方法有效降低了数字图像相关法在非均匀变形测量过程中的计算误差, 同时系统精度也得到提升。基于位移场局部梯度强度的动态子区选择算法原理简单, 计算准确度高。

含轴承的轴系结构有限元分析是当前分析的难点, 本文针对大口径望远镜方位轴系平面止推轴承的结构特点, 设计并搭建了基于丹泰克动力学公司光学非接触式位移测量分析系统的平面止推轴承弹性趋近量测试平台。通过对平面止推轴承接触问题的实验研究, 得到了平面止推轴承接触刚度曲线。建立了符合实际工况的有限元分析模型并给出了关键参数的推荐值。结果表明, 所建立的有限元模型仿真结果与实验结果相差不超过 2.47 μm, 最大误差仅为 11%, 验证了有限元模型建立的准确性, 为大口径望远镜方位轴系静力学分析提供了可靠的依据。

为了快速动态测量树脂基复合材料内部的受力变形情况, 利用光学干涉谱域相位对照B扫描方法, 对存在孔洞缺陷的树脂基复合材料样件内部的离面位移场和应变场进行了测量。分别对机械载荷和热载荷作用下的复合材料样件进行了弯曲变形和热变形实验, 然后对实验中得到的相位差数据进行解卷绕, 计算得出了材料内部的离面位移场分布和应变场分布。实验显示: 得到的结果能够清晰反映复合材料内部缺陷周围受力变形的动态过程, 观测到的材料应力集中区域的位移和应变明显大于完好部分, 透视得到了测量材料表层以下1 mm连续深度的变形情况。该方法能够实现亚微米级的位移场测量精度, 并可对材料的变形过程进行动态测量, 是一种进行材料力学特性分析的有效手段。

建立了基于迈克尔逊干涉结构的深度分辨倾斜激光波数扫描干涉测量系统, 对双层树脂基复合材料样品的压缩位移场分布进行了测量及分析。首先, 采用分布反馈(DFB)半导体激光器对双层树脂基复合材料样品进行波数扫描干涉测量;然后, 采用随机采样傅里叶变换(RSFT)计算双层树脂基复合材料样品加载前后的相位差;最后, 运用解卷绕算法对材料样品加载前后的相位差进行解卷绕, 计算出各表面压缩位移场的分布。实验结果表明, 压缩位移场分布的测量精度达到±100 nm, 深度方向的轮廓分辨率约为0.41 mm, 最大测量深度约为52 mm。该方法能够准确测量出树脂基复合材料的压缩位移场分布, 测量时不受树脂基复合材料内部切面弹性模量的影响, 具有测量精度高, 系统稳定, 抗干扰能力强等特点。

针对移动大尺寸圆柱体工件两端的表面形貌特征, 利用三维激光扫描仪设计了一种快速长度在线检测系统。基于三维激光扫描仪可在短时间内连续高速获取大量测量数据的特点, 系统在虚拟环境下构造出自适应测量形状的虚拟测量基准面, 采用二维误差分离方法抑制系统误差和运动误差, 识别定位工件两端端点并计算其到虚拟测量基准面的位移; 最后结合多传感器融合模型获取三维位移场测量结果。另外, 测试前用三坐标测量机精密测量过的相似形状圆柱体工件对系统进行了校准修正。为验证系统的精度和可靠性, 分别对处于(1 000±25) mm内不同直径的圆柱体工件进行了长度检测。结果显示, 系统可在1 s完成直径约为50 mm工件的长度测量, 检测分辨力为0.010 mm, 检测精度达到0.050 mm。实际运行结果表明, 该设计系统具有高自动性和高效性, 可满足在线生产中对大尺寸工件控制和检测的要求。