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新拓三維應變測量在平板件高速沖擊的應用
閱讀：60 發布時間：2022-8-9材料在高速沖擊條件下的動態變形破壞過程及動態力學性能，是沖擊力學研究的熱點問題。高速三維數字圖像相關方法，是一種非接觸式的全場應變測量方法。
DIC技術可在較高應變率作用以及加載環境下，通過搭配高速相機，可測試高速沖擊下材料或結構的三維位移場及應變場，分析材料或結構的動態破壞形式。
通過有限元模擬，可以基于模擬來分析材料或結構受沖擊的力學響應行為。但由于材料機械性能存在一些不確定性，難以準確預測具體的響應數據。在相近材料或結構上進行測試，力學動態行為都會有差別。
模擬數據的更新有賴于實驗數據來驗證和對比，采用新拓三維高速XTDIC全場應變測量系統的數據結果，可修正或更新模擬數據。
測試過程
XTDIC高速全場應變測量系統布置、散斑圖案和加載裝置
在測試中，使用加載裝置對平板件進行高速沖擊，新拓三維XTDIC高速全場應變測量系統同時記錄平面板材料響應。為了捕獲用于XTDIC軟件算法的圖像，通過預先在平面板材料進行隨機斑點圖案制作，在獲取高質量圖像采集的同時，極薄的散斑不會影響平板件的剛度和力學響應行為。
采用兩個高速相機（300萬像素，采集頻率為5000幀），105mm微距鏡頭，精度100微應變、0.01mm。沖擊加載裝置連接到相機的數據采集系統，確保沖擊力的測量和相機的記錄同時自動開始。沖擊裝置的力和圖像均收集激發時和激發完畢的數據，高速相機實時采集圖像。
數據分析
位移場分析
使用XTDIC系統軟件獲得了平板件受沖擊力區域的全場位移數據，從圖中可以看出整體的位移場數值左右不對稱，撞擊瞬態下點1位移為7.86mm，點2位移為6.73mm，XTDIC系統可以獲取非常精確的位移圖。
圖： 位移場
點3的位移曲線如下所示，穩定后的位移在8.5mm左右；點4為沖壓受力關鍵位置，變形量，位移曲線如下圖所示，穩定后位移值為22.1mm左右。
圖： 點3位移曲線 圖： 點4位移曲線
應變場分析
點1是與應變片對應的一點，點2是裂紋處一點，點3是應變處一點。關鍵點主應變如下圖所示。
圖： 應變場
點1應變值為2600微應變左右。沖壓過程中應變先增大，然后呈現一定的波動；點2位于裂紋處一點，應變為7700微應變左右，沖壓過程中應變先增大，然后變化較平穩。
圖： 點1主應變 圖： 點2主應變
點3位于沖裂位置的一端，應變為16300微應變左右。沖壓過程中應變先增大，然后變化較平穩。
圖： 點3主應變
測試結論
通過有限元模擬、實際直尺和XTDIC系統測量的數據進行對比，XTDIC軟件計算的位移場、應變場趨勢與實際模擬變化趨勢相符，但整個沖擊應力應變的數值呈現出左右不*對稱的特征；
平板件沖擊位移值為22mm左右，與實際直尺測量的數值一致，關鍵點的應變值與應變片測量值趨勢一致，部分小局部有一定的偏差，但均在100個微應變以內，應變片和XTDIC的結果對于平板件的力學性能測定，呈現很好的一致性。