針對汽車在配重下輪胎經(jīng)過不同障礙時發(fā)生的受力變形，通過利用高速攝影技術(shù)拍攝輪胎經(jīng)過障礙的過程，并配合新拓三維全場dic分析系統(tǒng)軟件，分析輪胎的全場的應變，以達到對輪胎整體性能的分析。
汽車輪胎性能是汽車在行使過程中保證其安全性和可靠性的關(guān)鍵因素?？紤]到實際狀況，我們給車輛加以配載，并模擬路障，對輪胎通過路障時進行全場變形分析。
傳統(tǒng)的應變片只能針對單個點進行變形分析，且輪胎大，布置繁瑣，并不能滿足全場應變測量的要求。故結(jié)合原有的數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)（DIC）變形分析系統(tǒng)進行優(yōu)化，針對如何精確穩(wěn)定地計算高速運轉(zhuǎn)下的車輪胎的變形問題進行了深入研究，最終形成了一套適用于該實驗環(huán)境的三維動態(tài)變形檢測系統(tǒng)，并成功地完成了該項目試驗。
數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)變形分析由于具有非接觸、精度高、全場測量、實驗設(shè)備簡單等優(yōu)點，在材料力學性能測試領(lǐng)域得到了廣泛的應用。然而二維數(shù)字圖像相關(guān)法使用一個攝像機，只能測量平面內(nèi)的變形和應變，所以為了實現(xiàn)動態(tài)變形檢測中三維變形測量的要求必須進行攝像機的標定。
三維數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)結(jié)合雙目立體視覺原理（XTDIC系統(tǒng)），使用兩個攝像機從不同角度同時拍攝變形物體，對于每個狀態(tài)拍攝兩張圖片，利用數(shù)字圖像相關(guān)法進行圖片匹配，然后根據(jù)標定好的兩個攝像機的內(nèi)、外方位參數(shù)進行三維重建獲得三維空間點的坐標信息，最后對比變形前后兩個狀態(tài)的三維點信息則可以獲得物體的三維位移場及應變場。
不管是二維數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)還是三維數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)，它們的關(guān)鍵技術(shù)都有兩個：雙目攝像機的標定和數(shù)字圖像相關(guān)匹配。
數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)（DIC），又稱數(shù)字散斑相關(guān)算法，是一種對全場位移和應變進行量化分析的光測實驗力學方法。數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)處理的對象為數(shù)字化的圖像數(shù)據(jù)。使用數(shù)字化圖像采集設(shè)備（一般為數(shù)字攝像機）可以實時采集不同時刻、不同狀態(tài)下的試件表面圖像，經(jīng)過數(shù)字化處理，每幅圖像被量化成M×N像素的灰度矩陣后存入硬盤。通常將試件在未變形狀態(tài)下采集得到的圖像稱為“參考圖像”，而將各個變形狀態(tài)下采集到的圖像稱為“變形圖像”。
在變形檢測過程中，根據(jù)動態(tài)變形的檢測要求選取不同分辨率、不同采集頻率的圖像采集設(shè)備將變形過程進行離散化的記錄，對每個變形時間點的數(shù)據(jù)進行圖像相關(guān)匹配：如圖7所示，在變形前選取圖像中任意一個子區(qū)（一般為矩形區(qū)域），區(qū)域的中心點作為待測點，記為；利用子區(qū)中的散斑灰度信息作為特征模板，在變形后的圖像中尋找其所對應的目標子區(qū)，目標子區(qū)中心點的圖像坐標；從而獲得參考子區(qū)在變形過程中的位置和形狀變化，通過比較同一子區(qū)在變形前后兩個狀態(tài)之間的位置和形狀變化，我們可以得到物體在該子區(qū)點位置的位移和應變。假設(shè)變形前圖像參考子區(qū)中心點的圖像坐標為（x，y），變形后的其對應目標子區(qū)的中心點P’的圖像坐標為（x’，y’），在物體只發(fā)生剛體位移的情況下，兩點之間的映射關(guān)系為零階映射函數(shù)。
3D-DIC總體流程如圖，這個過程涉及到變形過程中的n（n>=2）個狀態(tài)的2n張圖片。整個相關(guān)匹配過程中，所有狀態(tài)的左圖像都以狀態(tài)1（未變形狀態(tài)）的左圖像為參考圖像進行相關(guān)匹配，所有狀態(tài)的右圖像都以該狀態(tài)的左圖像為參考圖像進行相關(guān)匹配。匹配完畢后，對于任意一個狀態(tài)的左右兩幅圖像，利用標定得到的攝像機內(nèi)、外參數(shù)，按照三角測量原理就可以重建對應的三維點坐標。
在高速相機控制軟件中，設(shè)置相機分辨率1280*800像素，將十字尺置于測量位置，調(diào)節(jié)相機的焦距和光圈，保證兩相機圖像的清晰，亮度均勻。
左右相機調(diào)節(jié)后圖像
數(shù)據(jù)采集
在XTDIC三維全場應變測量系統(tǒng)中，高速相機控制軟件中，設(shè)置相機采集幀頻為4000fps，快門為100us，選擇“后觸發(fā)”模式（即保存相機觸發(fā)時，之前的所有數(shù)據(jù)），針對兩相機分別點擊Capture，使相機處于等待觸發(fā)狀態(tài)；
輪胎載荷車輛到位
準備完成后，汽車發(fā)動機啟動，在輪胎完全通過障礙時，點擊觸發(fā)完成數(shù)據(jù)的記錄。以此過程為例，在相同的胎壓下，分別通過不同規(guī)格的障礙，完成數(shù)據(jù)的采集；更改胎壓后，再次通過不同規(guī)格的障礙，完成數(shù)據(jù)的采集，共計16組。
不同規(guī)格的路障
數(shù)據(jù)計算
選取個別關(guān)鍵點進行分析，繪制相對應的位移曲線。在輪胎在接觸障礙時，應變區(qū)域集中顯示為紅色；在從障礙落下與鐵板接觸后，整個輪胎底部變形明顯，集中顯示為紅色。針對應變集中區(qū)域選取一點，繪制曲線，可反映出輪胎通過障礙時最大主應變隨狀態(tài)（時間）的變化。輪轂上貼置的標志點，效果明顯，可分析得到該點的位移信息，繪制出相應的曲線。
接觸障礙時應變場
變形區(qū)域內(nèi)一點應變分析曲線
輪轂點位移分析曲線
為了解決汽車輪胎在通過不同障礙下動態(tài)變形檢測的問題，基于對數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)的研究，給出了完整的檢測方法。
實驗在大視場條件下，借助高速攝影及XTDIC三維全場應變測量系統(tǒng)軟件可以實現(xiàn)對輪胎通過路障時發(fā)生變形的監(jiān)測，根據(jù)實驗結(jié)果可反映出輪胎應變集中部位，繪制關(guān)鍵點以及輪轂點的數(shù)據(jù)曲線，從而達到分析輪胎和汽車性能的目的，進一步驗證了數(shù)字圖像技術(shù)的準確性和穩(wěn)定性。對數(shù)字圖像技術(shù)的原理和應用進行了分析，并對針對汽車高速運動提出了用高速攝影取代傳統(tǒng)工業(yè)相機的檢測方案。
數(shù)據(jù)輸出形式
本實驗針對重載輪胎標準充氣壓力下的八種障礙包容特性及欠壓/過壓兩種非正常狀態(tài)的各兩種障礙包容特性開展試驗，試驗結(jié)果數(shù)據(jù)以關(guān)鍵點xls數(shù)據(jù)信息、應變圖及響應視頻輸出形式輸出，并可根據(jù)被測試單位的需要輸出其他點位信息。