材料在高速?zèng)_擊條件下的動(dòng)態(tài)變形破壞過程及動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，是沖擊力學(xué)研究的熱點(diǎn)問題。高速三維數(shù)字圖像相關(guān)方法，是一種非接觸式的全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量方法。

DIC技術(shù)可在較高應(yīng)變率作用以及極端加載環(huán)境下，通過搭配高速相機(jī)，可測(cè)試高速?zèng)_擊下材料或結(jié)構(gòu)的三維位移場(chǎng)及應(yīng)變場(chǎng)，分析材料或結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)破壞形式。

通過有限元模擬，可以基于模擬來分析材料或結(jié)構(gòu)受沖擊的力學(xué)響應(yīng)行為。但由于材料機(jī)械性能存在一些不確定性，難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)具體的響應(yīng)數(shù)據(jù)。在相近材料或結(jié)構(gòu)上進(jìn)行測(cè)試，力學(xué)動(dòng)態(tài)行為都會(huì)有差別。

模擬數(shù)據(jù)的更新有賴于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來驗(yàn)證和對(duì)比，采用新拓三維高速XTDIC全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)果，可修正或更新模擬數(shù)據(jù)。

測(cè)試過程

XTDIC 高速全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)布置、散斑圖案和加載裝置

在測(cè)試中，使用加載裝置對(duì)平板件進(jìn)行高速?zèng)_擊，新拓三維XTDIC高速全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)同時(shí)記錄平面板材料響應(yīng)。為了捕獲用于XTDIC軟件算法的圖像，通過預(yù)先在平面板材料進(jìn)行隨機(jī)斑點(diǎn)圖案制作，在獲取高質(zhì)量圖像采集的同時(shí)，極薄的散斑不會(huì)影響平板件的剛度和力學(xué)響應(yīng)行為。

采用兩個(gè)高速相機(jī)（300萬像素，采集頻率為5000幀），105mm微距鏡頭，精度100微應(yīng)變、0.01mm。沖擊加載裝置連接到相機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，確保沖擊力的測(cè)量和相機(jī)的記錄同時(shí)自動(dòng)開始。沖擊裝置的力和圖像均收集激發(fā)時(shí)和激發(fā)完畢的數(shù)據(jù)，高速相機(jī)實(shí)時(shí)采集圖像。

數(shù)據(jù)分析

位移場(chǎng)分析

使用XTDIC系統(tǒng)軟件獲得了平板件受沖擊力區(qū)域的全場(chǎng)位移數(shù)據(jù)，從圖中可以看出整體的位移場(chǎng)數(shù)值左右不對(duì)稱，撞擊瞬態(tài)下點(diǎn)1位移為7.86mm，點(diǎn)2位移為6.73mm，XTDIC系統(tǒng)可以獲取非常精確的位移圖。

圖： 位移場(chǎng)

點(diǎn)3的位移曲線如下所示，穩(wěn)定后的位移在8.5mm左右；點(diǎn)4為沖壓受力關(guān)鍵位置，變形量最大，位移曲線如下圖所示，穩(wěn)定后位移值為22.1mm左右。

圖： 點(diǎn)3位移曲線

圖： 點(diǎn)4位移曲線

應(yīng)變場(chǎng)分析

點(diǎn)1是與應(yīng)變片對(duì)應(yīng)的一點(diǎn)，點(diǎn)2是裂紋處一點(diǎn)，點(diǎn)3是應(yīng)變最大處一點(diǎn)。關(guān)鍵點(diǎn)最大主應(yīng)變?nèi)缦聢D所示。

圖： 應(yīng)變場(chǎng)

點(diǎn)1最大應(yīng)變值為2600微應(yīng)變左右。沖壓過程中應(yīng)變先增大，然后呈現(xiàn)一定的波動(dòng)；點(diǎn)2位于裂紋處一點(diǎn)，最大應(yīng)變?yōu)?700微應(yīng)變左右，沖壓過程中應(yīng)變先增大，然后變化較平穩(wěn)。

圖： 點(diǎn)1最大主應(yīng)變

圖： 點(diǎn)2最大主應(yīng)變

點(diǎn)3位于沖裂位置的一端，最大應(yīng)變?yōu)?6300微應(yīng)變左右。沖壓過程中應(yīng)變先增大，然后變化較平穩(wěn)。

圖： 點(diǎn)3最大主應(yīng)變

測(cè)試結(jié)論

通過有限元模擬、實(shí)際直尺和XTDIC系統(tǒng)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，XTDIC軟件計(jì)算的位移場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)趨勢(shì)與實(shí)際模擬變化趨勢(shì)相符，但整個(gè)沖擊應(yīng)力應(yīng)變的數(shù)值呈現(xiàn)出左右不完全對(duì)稱的特征；

平板件沖擊位移最大值為22mm左右，與實(shí)際直尺測(cè)量的數(shù)值一直，關(guān)鍵點(diǎn)的應(yīng)變值與應(yīng)變片測(cè)量值趨勢(shì)一致，部分小局部有一定的偏差，但均在100個(gè)微應(yīng)變以內(nèi)，應(yīng)變片和XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)果對(duì)于平板件的力學(xué)性能測(cè)定，呈現(xiàn)很好的一致性。