基于预设序列变形图像的DIC和PIV方法可靠性研究

摘要

图像变形分析技术是水利、地震等领域物理科研试验的一种重要手段，以DIC(Digital Image Correlation)和PIV(Particle Image Velocimetry)方法应用最为广泛．但现有研究缺乏在统一基准下对2种方法性能的系统对比，导致其在岩土复杂变形分析中的适用性选择缺乏依据．故本文构建了旋转、压缩、剪切3种土体典型静态变形及一维平移、平移剪切、动态大变形3类动态序列图像作为预设评价基准，对比分析DIC与PIV的位移分析精度、可识别粒子变形范围及分析稳定性．结果表明：（1）在分析精度与变形范围上，DIC得益于其高阶形函数，在旋转和剪切变形中的误差范围（4%～15%,4%～40%）显著小于PIV(8%～60%,11%～63%)，其处理非均匀变形的能力更强；（2）在分析稳定性上，DIC采用的全量计算模式可有效避免误差累积，其动态时程曲线与参考基准线吻合度更高，PIV的增量计算模式则导致结果出现漂移；（3）在应变场反演上，DIC通过形函数直接求解应变，优于PIV的数值微分后处理，其在砂质边坡模型试验中能更精准捕捉到应变局部化现象，数据丢失率较PIV降低4.9%.

关键词

图像变形分析 / 预设图像 / 参考基准 / 动态时程 / 可靠性评价