在人類文明發(fā)展的歷史過程中，由于材料性能的不合格造成的大大小小的事故不勝枚舉。像1912年泰坦尼克號(hào)的沉沒，1938年二戰(zhàn)前夕英國皇家空軍Spitfire戰(zhàn)斗機(jī)的墜落，1998年德國的鐵路慘案……
當(dāng)一個(gè)新的材料從單個(gè)產(chǎn)生到行業(yè)應(yīng)用，其中力學(xué)性能檢測是必不可少的一環(huán)。材料受力后會(huì)產(chǎn)生變形，變形到一定程度即發(fā)生斷裂，這種在外載作用下材料發(fā)生材料變形與斷裂的行為，即為材料的力學(xué)性能。
電阻應(yīng)變片的誕生，讓材料的力學(xué)性能定量描述成為了現(xiàn)實(shí)。金屬電阻材料受到外部拉伸力或壓縮力時(shí)，就被拉伸或縮短，其電阻值亦隨之增加或降低。
然而，應(yīng)變片也有不足的地方，單應(yīng)變片僅能測量單個(gè)方向的應(yīng)變；大幅面工程測量需采用應(yīng)變花，但引線非常會(huì)增加額外質(zhì)量；另外，對于特殊材料表面，或者在特殊環(huán)境（溫度、濕度等）下，應(yīng)變片有諸多使用限制。
DIC與傳統(tǒng)的測量技術(shù)
數(shù)字圖像相關(guān)法（DIC）基本原理是攝像機(jī)采集物體在同一時(shí)刻的散斑圖像，經(jīng)過匹配、重建得到物體表面點(diǎn)的三維坐標(biāo)，比較這些點(diǎn)在變形前、后的三維坐標(biāo)變化，得到物體表面點(diǎn)的位移和變形。
與傳統(tǒng)傳感器（如應(yīng)變儀）的點(diǎn)測量不同，DIC三維全場應(yīng)變測量技術(shù)能夠?qū)θS變形形狀進(jìn)行全場分析，可以在一個(gè)區(qū)域內(nèi)提供來自更多數(shù)據(jù)點(diǎn)的測量數(shù)據(jù)，而不會(huì)干擾物體本身的自重和載荷情況。
對于測量設(shè)備來說，測量精度是至關(guān)重要的。DIC三維全場應(yīng)變測量技術(shù)的精度主要由硬件參數(shù)、理論算法、以及測試距離以及視場寬度決定。那么，DIC三維全場應(yīng)變測量設(shè)備在實(shí)際測試中的精度是多少？與接觸式應(yīng)變片測量相比，它的表現(xiàn)又怎么樣呢？下面通過一個(gè)加壓變形測試案例，為大家展示DIC設(shè)備的具體應(yīng)用。
新拓三維XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)，可以測量材料表面及結(jié)構(gòu)的力學(xué)表征，通過DIC軟件計(jì)算輸出材料表面的位移場、應(yīng)變場等數(shù)據(jù)，可分析材料在加載過程中裂紋萌生、演化、擴(kuò)展和彈塑性階段的動(dòng)態(tài)變化，穩(wěn)定可靠的測試數(shù)據(jù)有助于科研人員更高效、精確地完成研發(fā)測試。
零部件受壓加載變形測試
為了研究某結(jié)構(gòu)部件在實(shí)際工況下抗壓強(qiáng)度，以及確認(rèn)在受壓加載關(guān)鍵區(qū)域的變形情況，故對結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行加壓變形實(shí)驗(yàn)。
在實(shí)驗(yàn)過程中，在結(jié)構(gòu)部件表面粘貼應(yīng)變片，同時(shí)采用XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)進(jìn)行圖像采集，將應(yīng)變片測試數(shù)據(jù)與DIC測量結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證DIC儀器設(shè)備的測量精度。
DIC測量數(shù)據(jù)與應(yīng)變片數(shù)采對比
測試過程，首先輸出DIC測量應(yīng)變場，繪制出關(guān)鍵點(diǎn)應(yīng)變；然后，用DIC測量數(shù)據(jù)與實(shí)際應(yīng)變片數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，可以看到XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)與應(yīng)變片值吻合很好，兩者應(yīng)變差別在20με以內(nèi)。
DIC測量數(shù)據(jù)-應(yīng)變場解算
DIC測量數(shù)據(jù)-應(yīng)變場解算
如圖所示，在DIC軟件中將該點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)出，可在EXCEL表格繪制出該點(diǎn)應(yīng)變 ：
從上圖可以看出，結(jié)構(gòu)部件加壓一共分為兩個(gè)階段，在三個(gè)不同位置DIC測量輸出的平均應(yīng)變數(shù)據(jù)分別為：
在三個(gè)不同加壓狀態(tài)下，DIC測量出來的應(yīng)變數(shù)據(jù)分別為：0.000285%（0.285微應(yīng)變）、0.00931%（93.1微應(yīng)變）、0.0205896（205.896微應(yīng)變）。
在三個(gè)不同加壓狀態(tài)下，對應(yīng)應(yīng)變片測出來的數(shù)據(jù)為：0.206微應(yīng)變，73.552微應(yīng)變，217.215微應(yīng)變（如下面應(yīng)變片數(shù)采圖所示）。根據(jù)對比，兩者應(yīng)變相差分別為0.085微應(yīng)變，19.5微應(yīng)變，11.3微應(yīng)變，則應(yīng)變精度相差均在20微應(yīng)變之內(nèi)。
靜止?fàn)顟B(tài)應(yīng)變片數(shù)采圖
第一次加壓應(yīng)變片數(shù)采圖
第二次加壓應(yīng)變片數(shù)采圖
綜上所述，經(jīng)過三組加壓實(shí)驗(yàn)測試，新拓三維XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)測試精度與應(yīng)變片數(shù)采精度驗(yàn)證對比，應(yīng)變數(shù)據(jù)大小差距在20個(gè)微應(yīng)變之內(nèi)。
DIC方法被廣泛應(yīng)用于常規(guī)靜態(tài)測量、高速?zèng)_擊測量、疲勞全場測量、瞬態(tài)振動(dòng)與模態(tài)測量、3D溫度場與應(yīng)變場耦合測量、微小尺寸材料力學(xué)性能測量之中，在科研領(lǐng)域與工程應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)受到了眾多科研工作者、工程師的認(rèn)可。