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基于DIC测量技术的材料拉伸力学性能测试

在工程应用中,材料拉伸性能是静结构强度设计的主要依据。拉伸力学测试通过在拉伸过程中连续记录力与伸长量,并求出其强度判据和塑性力学特性,确定材料的的拉伸强度、断裂伸长率、弹性模量、泊松比等性能指标。

新拓三维材料拉伸力学测量解决方案,采用XTDIC三维全场应变测量系统,可用于大尺寸、微小尺寸各类材料力学性能测试,特殊材料高温环境力学性能测试,以及在微观尺度加载装置下材料的DIC测试。

DIC全场应变测量技术

XTDIC三维全场应变测量系统,结合数字图像相关法(DIC)与双目立体视觉技术,通过追踪物体表面的散斑图像,实现变形过程中物体表面的三维坐标、位移及应变的动态测量,具有便携,速度快,精度高,易操作等特点。

材料力学测试-数字图像相关法DIC技术原理.jpg

DIC测量技术应用优势

随着材料技术的不断发展,各种新型材料相继出现,在相关科研领域的应用备受关注。材料性能的好坏会直接决定产品的好坏,因此材料力学特性的测量显得尤为重要。与此同时,传统的接触式应变测量在应用于柔性材料、高温高压环境、大变形测量以及微小试件等特殊领域时,会受到很多应用局限。

在现代的工业制造、科学研究及工程应用中,获得材料的位移和应变信息,对材料的变形和力学性能进行深入研究具有重要的意义。而传统的接触式测量方案,由于其局限性已经不能再满足测量要求。

传统测量方法如位移计、应变片、引伸计等,采用接触式测量,容易打滑,不容易固定材料试件,断裂容易破坏引伸计;适用于单点、单方向测量,需要多个应变片效率低;特殊材料、小试件无法测量,应变测量范围小,对于高温等复杂环境甚至无法测量。

与传统的测量方法相比较,XTDIC非接触式测量方案有如下优点:

1. 非接触的测量方式扩展了系统可测量的试验应用场景,摆脱了传统传感器的限制条件;

2. 全场测量方式满足了材料力学性能测量所需的数据丰度和密度,使得观测范围连续且更广,有利于对各向异性材料力学性能的分析工作。

3. 为非均匀温度的热环境试验,测量热载荷对材料与结构力学性能的影响,提供了可靠的机械载荷-温度载荷耦合影响的全场测量技术;

4、搭配高放大倍数显微镜,与DIC数字图像相关技术结合,可以满足微米/纳米级精度测量需求,弥补传统设备无法进行微小物体变形测量的不足。

材料力学测试应用

从材料测试到零部件测试,从静态测试到动态测试,从低速到高速测量,从常温到高温测试,从微观到宏观测试,适用于各类材料力学学科的科学研究。

材料试验(杨氏模量、泊松比、弹塑性参数)

相似材料模型(三维形貌、位移、应变)

高速变形测量(动态测量、瞬态测量)

动态应变测量(疲劳试验)

断裂力学性能(裂纹分析)

微观形貌、应变分析(微米级、纳米级)

高温变形应变测量

有限元分析(FEA)验证

成形极限曲线FLC测定

材料拉伸测试,是应用最广泛的测定材料力学性能的方法,通过测定载荷和材料试件尺寸变化,求出材料的力学性能指标。DIC技术可以捕捉材料表面特征位置进行计算,分析材料在受力过程中的应变演化,分析加载状态对于材料受力变形以及断裂失效的影响。

DIC测量技术可用于材料静态力学测试,动态力学疲劳研究,通过实验机加载过程捕获材料一系列图像,使用算法分析图像,确定每个图像的位移场以及应变场。

碳纤维材料拉伸测试

碳纤维极细(5μm-8μm),为脆性、高强低拉伸纤维,对标准试件从不同角度布置,采用DIC测量技术对碳纤维材料拉伸过程进行全场测量,分析碳纤维试件的断裂位置,测试它的伸长率和弹性模量等参数。

碳纤维材料拉伸力学测试-数字图像相关法DIC应变测量.jpg

碳纤维材料拉伸应变场-数字图像相关法DIC应变测量.jpg

位移场与应力-应变曲线

钛合金材料拉伸测试

圆棒状钛合金材料试样拉伸,钛合金试样中间有焊接。采用新拓三维XTDIC系统光学非接触的方式获取到试样在拉伸过程中位移场和应变场,输出实验过程中的应变分布云图的变化过程,分析研究钛合金材料失效断裂机理及力学特性。

钛合金材料拉伸力学测试-数字图像相关法DIC应变测量.png

钛合金材料拉伸应变场-数字图像相关法DIC应变测量.jpg

材料双向拉伸测试

铝合金试件双向拉伸测试,配合双向拉伸试验机,使用XTDIC全场应变测量系统观测材料表面应变场变化,测试结果与有限元模拟一致,可分析关键点的变形数据,输出材料双向拉伸力学性能参数。

材料双向拉伸力学测试-数字图像相关法DIC应变测量.jpg

材料双向拉伸位移应变场-数字图像相关法DIC应变测量.jpg

铝合金双向拉伸应变场

复合材料拉伸测试

复合材料通过控制和调节原材料的配比和工艺,可获得不同性能,对于材料的设计和选用非常关键。XTDIC三维全场应变测量分析系统,可对拉伸测试过程中的复合材料表面进行图像采集,分析试样受力拉伸位移场及应变场,分析其力学性能。

复合材料拉伸位移应变场-数字图像相关法DIC应变测量.jpg

橡胶材料拉伸测试

通过大变形拉伸测试,研究橡胶材料在拉伸应力作用下的变形情况,采用DIC全场应变测量技术,测量分析橡胶材料抗拉力学性能,结合有限元分析和实验结果,对特殊材质橡胶拉伸发生的应力、形变和位移进行测量,为橡胶材料力学性能优化提供数据依据。

橡胶材料拉伸力学测试-数字图像相关法DIC应变测量.jpg

橡胶材料拉伸应变曲线-数字图像相关法DIC应变测量.jpg

材料超高温拉伸测试

高精尖产业对材料耐高温性能有着极高要求,只有通过对材料在高温环境下进行力学性能测试,才能够保证材料的服役性能。XTDIC三维全场应变测量分析系统,采用自主研制的特殊技术散斑制备方法,可进行高温散斑图案的清晰采集,可实现3000摄氏度的高温全场应变测量。

材料超高温拉伸力学测试-数字图像相关法DIC应变测量.jpg

显微拉伸测试

宏微观断裂力学的先兆为细观力学的形成,对哑铃状微观尺寸材料进行拉伸测试,被测试样标距段宽度仅2.5mm,采用DIC应变测量技术搭配显微镜,对被测部位进行一定程度的放大,采用非接触的方式获取到试样在拉伸过程中位移场和应变场,并得到应力应变曲线。

微观尺度材料拉伸-三维显微应变测量.jpg


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