DIC拉伸應(yīng)變測試
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-08-09
DIC拉伸應(yīng)變測試的實(shí)例教程
在橡膠類超彈性材料的力學(xué)特性表征中，等雙軸拉伸測試是構(gòu)建精確本構(gòu)模型的核心試驗(yàn)之一。
長期以來，傳統(tǒng)周向夾持（傳統(tǒng)16爪式）裝置被廣泛使用，但其技術(shù)局限也逐漸在工程實(shí)踐中顯現(xiàn)。本文將從專業(yè)角度，對比新興的充氣式等雙軸拉伸技術(shù)，并重點(diǎn)探討測試應(yīng)變范圍的提升如何直接影響結(jié)構(gòu)仿真的可靠性。
傳統(tǒng)周向夾持式的技術(shù)瓶頸
與仿真數(shù)據(jù)缺口
傳統(tǒng)16爪裝置在夾持原理上通過機(jī)械夾具同步拉伸試樣邊緣。這一方式在實(shí)踐中面臨幾個固有挑戰(zhàn)：
有效應(yīng)變范圍不足
由于應(yīng)力集中，試樣常在夾持邊緣附近發(fā)生撕裂或滑脫。這使得大部分材料的有效測試應(yīng)變難以超過50%，僅少數(shù)柔軟材料可達(dá)100%。這個量級的應(yīng)變數(shù)據(jù)，對于許多設(shè)計工況下應(yīng)變可能超過200%的工程部件而言，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。
數(shù)據(jù)質(zhì)量與一致性
多個獨(dú)立夾爪的同步性與摩擦阻力，使得測試設(shè)備存在難以消除且無法忽略的系統(tǒng)誤差，影響力值測量精度。同時，試樣裝夾操作難度大、費(fèi)力耗時，拉力的一致性高度依賴操作者經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致測試結(jié)果的復(fù)現(xiàn)性面臨挑戰(zhàn)。
最關(guān)鍵的影響在于仿真領(lǐng)域：材料等雙軸拉伸試驗(yàn)的應(yīng)變范圍小，將直接導(dǎo)致無法準(zhǔn)確擬合材料超彈性本構(gòu)模型（如Yeoh、Ogden模型）的參數(shù)。
本構(gòu)模型的擬合，本質(zhì)上是利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)來“校準(zhǔn)”一個數(shù)學(xué)公式。如果校準(zhǔn)所用的數(shù)據(jù)（試驗(yàn)應(yīng)變范圍）遠(yuǎn)小于實(shí)際使用工況，那么在此范圍之外的模型預(yù)測行為就等同于“無據(jù)可依”的外推（如下圖所示），其準(zhǔn)確性無法保證。
充氣式等雙軸拉伸的
技術(shù)原理與優(yōu)勢
充氣式技術(shù)采用了一種截然不同的思路：通過施加均勻氣壓使圓形試樣鼓脹，實(shí)現(xiàn)球面中心的純等雙軸變形狀態(tài)。
展開 因此，在材料動態(tài)拉伸試驗(yàn)中，常規(guī)的接觸式應(yīng)變測試手段無法適用。
數(shù)字圖像相關(guān)方法（digital image correlation， DIC）是應(yīng)用計算機(jī)視覺技術(shù)的一種光學(xué)測量方法，因操作簡單、精度高，可在非接觸條件下進(jìn)行全場變形測量等特點(diǎn)，在試驗(yàn)力學(xué)領(lǐng)域已獲得越來越廣泛的應(yīng)用。考慮不同的應(yīng)用場景，非接觸應(yīng)變測試可分為基于灰度匹配和基于特征匹配等方法。其中，基于灰度匹配的測量原理是由圖像采集裝置記錄被測物體位移或變形前后的兩幅散斑圖，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換得到兩個數(shù)字灰度場，對數(shù)字灰度場做相關(guān)運(yùn)算，找到相關(guān)系數(shù)極值點(diǎn)，得到相應(yīng)的位移或變形，再經(jīng)過適當(dāng)?shù)臄?shù)值差分計算獲得試樣表面的位移場和應(yīng)變場，其簡易原理如圖2所示。散斑圖像可布置為白色襯底上形成黑色斑點(diǎn)，為了較好地匹配試驗(yàn)件表面變形點(diǎn)，斑點(diǎn)尺寸一般至少包括3～4個像素，圖3為典型的材料動態(tài)拉伸應(yīng)變測試應(yīng)用。
圖2 DIC方法的測量原理圖
圖3 DIC應(yīng)變測試
利用光學(xué)技術(shù)的應(yīng)變測量方法還包括視頻伸長計方法，通過在試樣關(guān)注部位標(biāo)識兩個跟蹤點(diǎn)，利用圖像分析軟件跟蹤兩個標(biāo)識點(diǎn)的移動來測試試驗(yàn)件的變形，進(jìn)而計算出標(biāo)距段的應(yīng)變，如圖4所示。此方法雖不能獲得試樣的全場變形信息，但可在關(guān)注幅面中任意設(shè)置測量的標(biāo)距位置，且計算效率更高，也常用于材料的動態(tài)拉伸應(yīng)變測試。
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1.按照客戶的技術(shù)要求，進(jìn)行高分子材料試驗(yàn)（單向拉伸，缺口拉伸，剪切，雙向拉伸，沖孔，三點(diǎn)彎等）。
2.對材料樣件試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，驗(yàn)證及仿真分析標(biāo)定。
3.最終交付材料樣件試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果及仿真軟件材料卡片。
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☆ END ☆
此項(xiàng)測試獲得的應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)，能極大提升模型在復(fù)雜多軸應(yīng)力狀態(tài)下（例如：橡膠密封圈膨脹、橡膠減振器壓縮、輪胎胎面接地等工況）的預(yù)測精度。
為獲得這一關(guān)鍵數(shù)據(jù)，我司提供傳統(tǒng)16爪周向夾持與充氣式膨脹兩種等雙軸拉伸測試方法，可根據(jù)您的具體需求進(jìn)行選擇。
在橡膠類超彈性材料的力學(xué)特性表征中，等雙軸拉伸測試是構(gòu)建精確本構(gòu)模型的核心試驗(yàn)之一。
長期以來，傳統(tǒng)周向夾持（傳統(tǒng)16爪式）裝置被廣泛使用，但其技術(shù)局限也逐漸在工程實(shí)踐中顯現(xiàn)。本文將從專業(yè)角度，對比新興的充氣式等雙軸拉伸技術(shù)，并重點(diǎn)探討測試應(yīng)變范圍的提升如何直接影響結(jié)構(gòu)仿真的可靠性。
基于力學(xué)測試的
OCA選型建議
03
PART
為系統(tǒng)性降低Mura發(fā)生率，建議在OCA選型階段引入以下力學(xué)測試與仿真分析項(xiàng)目：
單軸拉伸測試
獲取彈性模量、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率等關(guān)鍵參數(shù)，評估OCA在貼合過程中的抗形變能力；
平面剪切測試
測量OCA的剪切模量，分析其在界面應(yīng)力下的抗錯動性能；
應(yīng)力松弛測試
考察OCA在固定應(yīng)變下應(yīng)力隨時間衰減的行為
面向仿真的系統(tǒng)性測試框架
為實(shí)現(xiàn)仿真的精準(zhǔn)輸入，我們圍繞橡膠的核心力學(xué)行為，構(gòu)建了以下系統(tǒng)化的測試框架。
超彈本構(gòu)與Mullins效應(yīng)
獲取材料在不同應(yīng)變狀態(tài)下的響應(yīng)數(shù)據(jù)，是準(zhǔn)確描述其非線性彈性行為與Mullins效應(yīng)的基礎(chǔ)。
核心測試
單軸拉伸、平面拉伸/純剪切、等雙軸拉伸、體積壓縮。
在我們的研究與合作伙伴實(shí)踐中，以下測試方法被證明是打通從“設(shè)計理念”到“失效預(yù)測”認(rèn)知閉環(huán)的關(guān)鍵：
建立材料力學(xué)“基線”：
基礎(chǔ)力學(xué)性能測試
單軸拉伸測試用于獲取材料最基本的彈性模量、拉伸強(qiáng)度與斷裂伸長率，是評估材料剛性、強(qiáng)度與延展性的基礎(chǔ)。
平面剪切與簡單剪切測試用于量化材料在剪切力作用下的模量與強(qiáng)度，對于評估光學(xué)膠在界面錯動或?qū)娱g應(yīng)力下的可靠性至關(guān)重要。
這些參數(shù)通常通過恒應(yīng)變率拉伸/壓縮試驗(yàn)、在不同溫度和應(yīng)變率下擬合得到，不同焊料合金（如SAC305、Sn63Pb37等）參數(shù)差異較大，且會受老化影響。典型的SAC305焊料的ANAND本構(gòu)如下圖所示。
這樣Hill材料常數(shù)H、F、G、N、L、M的計算，就由、六個測試數(shù)據(jù)，變?yōu)?四個數(shù)據(jù)。
通常我們是可以查到PA基體的力學(xué)參數(shù)（拉伸屈服強(qiáng)度）和PA+GF20 的拉伸屈服強(qiáng)度。
