DIC技術(shù)多測(cè)量頭方案是什么？

面對(duì)立體圓柱試件，如何實(shí)現(xiàn)全周360°三維變形測(cè)量？超大型試件的變形如何測(cè)量？圓柱360°任意位置的變形和破壞監(jiān)測(cè)一直是研究工作中亟待解決的問(wèn)題。

常規(guī)DIC技術(shù)為雙相機(jī)三維數(shù)字圖像相關(guān)，是目前最重要、適用范圍最廣的光測(cè)實(shí)驗(yàn)力學(xué)方法。該方法從不同的角度使用兩個(gè)相機(jī)，分別對(duì)被測(cè)物體表面進(jìn)行拍攝成像，利用相關(guān)匹配算法，獲得左右相機(jī)采集圖像中對(duì)應(yīng)點(diǎn)的視差數(shù)據(jù)，對(duì)各點(diǎn)三維形貌變化對(duì)比，獲得全場(chǎng)三維位移分布及應(yīng)變分布。

大曲率物體也無(wú)法同時(shí)被兩個(gè)相機(jī)視圖完全覆蓋，且不同方向力學(xué)性質(zhì)可能完全不同，因此單純對(duì)物體某一表面的測(cè)量，并不能代表物體全場(chǎng)的實(shí)際變化。多相機(jī)三維數(shù)字圖像相關(guān)，通過(guò)三個(gè)或更多的不同視角的相機(jī)場(chǎng)記錄物體表面圖像，即可充分利用相機(jī)分辨率，從而得到全場(chǎng)的三維圖像變形結(jié)果。新拓三維技術(shù)團(tuán)隊(duì)將多個(gè)XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量頭組合，實(shí)現(xiàn)多相機(jī)同步測(cè)量，可從不同角度，不同測(cè)量區(qū)域同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。

通過(guò)攝影測(cè)量技術(shù)，將多組XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量頭坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為通用坐標(biāo)，從而將多個(gè)本地XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果結(jié)合進(jìn)行整體評(píng)估，解決了表面曲率大（如圓柱體、球體等）試件全周測(cè)試、超大型試件應(yīng)變測(cè)量難題。

DIC技術(shù)四組測(cè)量頭對(duì)混凝土柱壓縮360°測(cè)量

混凝土柱是房屋、橋梁、水工等各種工程結(jié)構(gòu)中最基本的承重構(gòu)件，廣東某高校實(shí)驗(yàn)室通過(guò)模擬壓縮測(cè)試，了解混凝土柱在不同受力階段，其產(chǎn)生裂紋和應(yīng)變位移數(shù)據(jù)，為工程應(yīng)用提供理論和數(shù)據(jù)支撐，確保工程質(zhì)量和安全。

方案制定：DIC技術(shù)四測(cè)量頭360°全周變形測(cè)量解決方案

新拓三維技術(shù)工程師通過(guò)項(xiàng)目溝通以及實(shí)地測(cè)試，了解到常規(guī)的DIC技術(shù)單測(cè)量頭方案，無(wú)法滿足老師對(duì)于混凝土圓柱大曲率試件的測(cè)量實(shí)驗(yàn)需求，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況，提出了DIC技術(shù)四測(cè)量頭解決方案，解決了雙相機(jī)DIC測(cè)量系統(tǒng)在大曲率物體變形測(cè)量中出現(xiàn)的問(wèn)題，保證測(cè)量區(qū)域完整性。

為了滿足待測(cè)試件表面曲率很大(如圓柱體、球體等)的360°全周測(cè)量需求， 新拓三維技術(shù)工程師需要在試件每個(gè)面架設(shè)一組XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量頭，四個(gè)面共架設(shè)4組測(cè)量頭，同時(shí)事先在樣件周圍布置一些全局點(diǎn)，并通過(guò)攝影測(cè)量技術(shù)，將全局點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一，以實(shí)現(xiàn)覆蓋立柱體的 360°以及大視場(chǎng)范圍的測(cè)量。

DIC測(cè)量系統(tǒng)四測(cè)頭360°觀察混凝土柱體

人工制作散斑

在混凝土柱體表面先噴灑一層白漆，再用裝有黑色啞光漆的噴霧器在試件表面撒布黑色斑點(diǎn)，形成隨機(jī)且均勻的分布散斑點(diǎn)。人工散斑的制作對(duì)灰度計(jì)算中的相關(guān)系數(shù)值及數(shù)字散斑相關(guān)測(cè)量的精確度具有一定影響。

混凝土柱體表面制作散斑

基于全局點(diǎn)的多測(cè)頭標(biāo)定

采用攝影測(cè)量獲取全局坐標(biāo)點(diǎn)，然后使用全局坐標(biāo)點(diǎn)用于標(biāo)定四測(cè)頭空間位置；統(tǒng)一多個(gè)測(cè)量頭的坐標(biāo)系，這有助于確保XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)各個(gè)測(cè)量頭之間的數(shù)據(jù)一致性和準(zhǔn)確性。

DIC技術(shù)多測(cè)量頭獲取全局坐標(biāo)點(diǎn)

彈性階段-DIC技術(shù)位移場(chǎng)分析

混凝土是一種帶有原始缺陷的復(fù)合材料，由于水泥硬化干縮、水分蒸發(fā)等原因，在砂漿與骨料界面之間會(huì)留下原始微裂紋。這些微裂紋在受力較小時(shí)是穩(wěn)定的，宏觀表現(xiàn)為試件加載初期材料呈線彈性。

XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)采用整像素、亞像素匹配方法精確追蹤測(cè)量區(qū)域及目標(biāo)點(diǎn)），采用形函數(shù)對(duì)變形前圖像中目標(biāo)點(diǎn)的子集與變形后圖像中目標(biāo)點(diǎn)的子集進(jìn)行形狀擬合。

DIC軟件按一定像素間隔對(duì)試件感興趣區(qū)域（ROI）進(jìn)行網(wǎng)格劃分，對(duì)劃分出的各目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行DIC計(jì)算，從全場(chǎng)位移場(chǎng)數(shù)據(jù)可看出，混凝土受壓前期，試件上部有變形集中區(qū)域產(chǎn)生，試件內(nèi)部原始孔隙已基本被擠壓密實(shí)。

DIC技術(shù)對(duì)混凝土圓柱360°測(cè)量3D位移場(chǎng)

裂紋擴(kuò)展破壞階段-DIC位移場(chǎng)分析

當(dāng)荷載超過(guò)極限強(qiáng)度時(shí)，混凝土柱體原有微裂紋將發(fā)生快速擴(kuò)展、聚合，新生裂紋急劇增多。微裂紋快速增生和不穩(wěn)定擴(kuò)展，結(jié)構(gòu)承載力下降，宏觀上表現(xiàn)為應(yīng)變軟化現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)中，利用壓縮加載變形前后的數(shù)字化圖像，結(jié)合特定的圖像匹配準(zhǔn)則，通過(guò)XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)軟件對(duì)前后變形圖像進(jìn)行匹配，從而得到混凝土試件表面全場(chǎng)位移，并對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行位移分析，輸出加載過(guò)程的位移變化曲線：

裂紋擴(kuò)展破壞階段-DIC技術(shù)位移場(chǎng)分析

混凝土柱材料由于不均勻性等原因，受壓過(guò)程中試件表面不同位置的應(yīng)變各不相同，且破壞位置隨機(jī)。為了測(cè)量破壞位置在整個(gè)加載過(guò)程中的應(yīng)變，XTDIC系統(tǒng)四測(cè)量頭360°全表面測(cè)量方案，可對(duì)圓柱體試件的全表面360°變形進(jìn)行測(cè)量。DIC軟件通過(guò)對(duì)位移場(chǎng)進(jìn)行局部最小二乘擬合，經(jīng)過(guò)平滑和差分處理后即可得到應(yīng)變場(chǎng)，并對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)位移、點(diǎn)-點(diǎn)距離變化分析，輸出加載過(guò)程關(guān)鍵點(diǎn)位移變化、點(diǎn)-點(diǎn)距離變化曲線：

裂紋擴(kuò)展破壞階段-DIC技術(shù)應(yīng)變場(chǎng)分析

采用新拓三維XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)四測(cè)量頭方案，采用8臺(tái)工業(yè)相機(jī)同步采集圖像，分析得到混凝土試件360°表面的位移及應(yīng)變分布，清晰地記錄結(jié)構(gòu)關(guān)鍵位置的變形和裂紋擴(kuò)展。解決了傳統(tǒng)接觸式測(cè)量方式無(wú)法三維全場(chǎng)動(dòng)態(tài)測(cè)量，以及常規(guī)DIC技術(shù)產(chǎn)品無(wú)法進(jìn)行全周360°全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量的難題。

XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)四測(cè)量頭方案可清晰呈現(xiàn)混凝土加壓縮加載應(yīng)力應(yīng)變集中區(qū)域，從而對(duì)結(jié)構(gòu)受力變形指標(biāo)進(jìn)行快速評(píng)估，幫助科研及工程人員判定材料斷裂性質(zhì)，建立起材料在破壞過(guò)程中的位移場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)和混凝土破壞的聯(lián)系。