数字散斑三维全场应变测量分析

1. 原理和仪器仪器：

 

图1 数字散斑三维全场应变测量系统

数字散斑三维全场应变测量系统是非接触式的三维全场应变测量系统，其利用数字图像相关法原理（DIC），通过两个工业相机采集图像，拍摄试件变形前后表面特征，识别被测物体表面特征变化，然后通过三维重建以及数字图像相关算法得出图像各像素的对应坐标变化情况，从而计算得到该过程中的3D位移场、3D应变场、3D变形场数据。

数字散斑三维全场应变测量系统适用于各种静态及动态状况下，材料及试件的力学性能测试，同时也适用于动态位移、轨迹追踪等测试中。系统提供的测量结果包括数据、图表以及云图，能够直观清晰地反应被测量物体的位移、变形、应变变化，为相关研究工作提供便利。

测量原理

数字散斑三维全场应变测量系统，采用的基本原理是数字图像相关算法（DIC）。数字图像相关算法最初是在上世纪八十年代由日本和美国的研究学者分别独立创建，它的基本原理就是通过跟踪（或匹配）物体表面变形前后两幅散斑图像中同一像素点的位置来获得该像素点的位移向量，从而得到试件表面的全场位移。首先，需要使试件的成像表面具有可以反映变形信息的随机散斑图（如原始试件无随机散斑，需要处理试件形成散斑），然后在实验过程中对试件表面在加载前后的图像进行采集并存入计算机，最后利用软件程序采取相关的算法得到试件表面的位移、应变、变形信息。

 

系统优势

3D数字散斑全场应变测试系统相比传统的引伸计、应变片、传感器等测量手段，具有显著的优势。系统使用非常简单，对操作要求较低，位移应变测量精度高，可适用的实验范围广，长期使用成本低，非接触式测量能避免接触试件后影响精度，系统获取数据为全场3D数据。使用3D数字散斑全场应变测试系统，可更好更快速的进行力学性能测试、位移轨迹分析、振动测试、变形观测等科研工作。

A. 非接触测量：避免接触式手段对测量的额外影响

B. 全流程跟踪：试样断裂不会损坏测量装置，可全流程追踪

C. 可重复追溯：保留原始图片，可对不同区域重复追溯计算

D. 场景多样化：可适应大变形、微小变形、高低温等场景

E. 试件限制少：基本无限制，可对不同尺寸、材质试件测试

F. 应变范围广：可测量应变范围从0.005%到大于2000%

G. 长期成本低：可循环使用，可扩展其他实验使用，长期成本低

H. 操作更简单：培训半天即可进行操作，培训一天一般即可熟练

I. 计算更丰富：位移、应变、变形、杨氏模量、泊松比、6DOF等

J. 扩展性更强：可与试验机通讯，可扩展FLD曲线测量，可定制

应用场景

3D数字散斑全场应变测试系统是一种非接触式的全场光学测量系统，具有光路简单、对环境要求低等优点，因此被广泛应用于航空航天、汽车重工、土木道桥等多个领域，设备常见于材料常规力学测试、高低温材料性能测试、大试件测试、超小试件测试、振动台测量、风洞试验、位移轨迹追踪测试、全场应变监测等多种实验中。其典型应用场景如下：

A. 常规材料测试：常温下标准试件的拉压弯测试

B. 高低温性能测试：高温、低温状态下的材料力学性能研究

C. 大试件类测试：包括尺寸较大的试件（如几米），或变形较大的试件

D. 超小试件测试：常规系统可测量5mm左右，低于2mm可采用显微镜

E. 振动相关测试：如抗震结构研究、振动台实验、振动模态分析等

F. 风洞相关实验：如飞机风洞、航天风洞、风机叶片风洞测试等

G. 位移轨迹追踪：如子弹轨迹、弹仓轨迹、扇叶轨迹等轨迹追踪

 

2. 技术参数：

测量幅面：200mm*150mm/400mm*300mm/1m十字标尺；

横梁：1m带刻度*2；

位移测量精度：0.01pixel；

应变测量精度：最高0.005%；

应变测量范围：0.005~2000%；

测量模式：兼容二维及三维测量模式；

实时测量：采集图像的同时，实行进行全场应变计算；

多测头同步测量：可同步测量多个区域的变形应变

               

3. 测试结果输出：

（1）数据、图表以及云图

（2）其他数据

（3）测试报告

 

4. 客户提供：

（1）样品；

（2）测试项目及要求；

（3）数据报告中包含信息；

（4）反馈数据的报告格式和模板；

数字散斑三维全场应变测量系统适用于各种静态及动态状况下，材料及试件的力学性能测试，同时也适用于动态位移、轨迹追踪等测试中。系统提供的测量结果包括数据、图表以及云图，能够直观清晰地反应被测量物体的位移、变形、应变变化，为相关研究工作提供便利。

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