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        工程構件力學測試——數字圖像相關法(3D-DIC)的應用

         更新時間:2023-04-14 點擊量:577

        隨著現代工程技術的發展,越來越多的工程構件被廣泛應用于各種領域。在構件的服役過程中,外載應力和溫度場變化等因素會對其產生影響。當這些影響超出構件可承受范圍時,構件會發生緩慢變形,出現裂紋甚至發生斷裂。這將導致嚴重的后果,甚至危及人們的生命安全。

        在材料科學及工程應用領域,實現不同材料的服役過程中的應變測量,對于研究其力學行為演變規律、提高尺寸穩定性、優化服役性能及使用壽命等都有著至關重要的影響。為進一步精確測量追蹤檢測,數字圖像相關法應運而生。

        一、用戶需求

        在工程構件的力學測試中,數字圖像相關法能夠實現對結構物體表面應變和形變場的快速、全場、非接觸式測量,可以為結構分析提供準確的邊界條件和應變數據。在結構件的設計過程中,數字圖像相關法也可以用于驗證設計方案的可行性,指導結構優化設計。通過對相關工程構件進行應力大小測量和應力性質判定,可以很好地預防應力變形開裂的發生,為飛機、鐵路、橋墩等工程構件的安全可靠運行提供數據支持。

         

        二、工程構件的檢測難點

        1、材料的異質性:工程構件材料往往存在不同部位和方向上的異質性,這使得對材料進行全面、準確的檢測變得困難。

        2、材料老化、損傷的影響:隨著時間的推移,工程構件材料可能會出現老化、損傷等問題,這些問題會影響材料的性能和力學特性,從而對檢測結果產生影響。

         

        三、數字圖像相關法(三維DIC)測量方案

        1、DIC三維光學應變測量分析系統,基于計算機軟件處理采集到的圖像,從而得到物體表面或者內部位移場與應變場的變化情況,是一種非接觸的、無損的應變測量方法,在復雜載荷、大變形、斷裂、材料各異向性的應變測試方面具有很大的優勢。如圖1

        image.png 

        2、DIC 系統優勢

        a、非接觸測量

        b、直接測量全場應變、位移、變形、形貌直接測量全場振幅、ODS等振動信息

        c、可用于實時監測

        d、試驗過程可追溯、可評估

        e、相關圖像數據可反復分析處理,以實現不同研究目的,而無須重!試驗,節約經濟和時間成本。

        四、測試流程

        為研究工程構件服役過程中的應變演化行為,使用三維DIC方法對純鈦板材進行模擬測量,以高分辨率和高精度對試樣在不同拉伸狀態下的應變分布進行實時在線檢測,并取得顯著成效。

        1、純鈦板材拉伸試驗

        1)本次試驗選取了工程構件中純鈦板材試件作為試驗對象,借助電液伺服疲勞試驗機對試件進行靜力拉伸試驗,從而獲取試件的各項力學性能指標。

        2、操作步驟

        下面是工程構件中純鈦板材在電液伺服疲勞試驗機進行拉伸測試時,使用三維DIC方法的測試流程:

        image.png 

        1、準備測試樣品:準備純鈦板材試樣,并根據試驗機的規格確定試樣的尺寸和形狀。在試樣表面選擇適當的特征點,并進行標記。

        2、進行拉伸試驗:將試樣夾在電液伺服疲勞試驗機的夾具中,通過控制試驗機的負載系統對試樣進行拉伸。在拉伸的過程中,利用高速攝像機記錄試樣表面特征點的變形情況,拍攝到試樣變形前后的多張照片。

        image.png 

        3、圖像處理:將攝像機拍攝的照片導入數字圖像相關軟件中,對試樣表面的特征點進行識別和跟蹤,獲取試樣變形前后特征點的坐標和位移信息,并計算出試樣的應變和應力分布。

        4、數據分析:根據三維DIC方法計算得到的應變和應力數據,進行數據分析,得到試樣的應力-應變曲線、疲勞壽命等材料力學性能參數。

        以上就是小編介紹的數字圖像相關法(三維DIC)在工程構件力學測試中的應用,希望可以給大家帶來幫助!如果您還想了解更多關于DIC方法的精度級別、應用場景、應變測量的傳統方法與DIC(數字圖像相關)方法的比較和DIC在半導體行業的應用等問題,歡迎您關注我們,也可以給我們私信和留言!科準測控技術團隊為您免費解答!

         


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