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高速三维DIC技术在高速瞬态变形测试领域的应用

测量一些快速瞬态现象中产生的位移或者应变数据,通常需要用到高速摄像机,这对于高速冲击事件的定性评估非常具有价值。

当工程师和研究人员需要分析评估高速冲击瞬态变形应变特征时,当使用不适合的处理软件从图像获取定量数据时可能非常繁琐。运动跟踪软件只能跟踪定义点的运动,而且通常不太准确。

新拓三维XTDIC-STROBE三维动态测量系统,基于分析样品表面的散斑图案,通过高速摄像机捕获全视场数据,结合DIC软件分析全场位移、应变区域就变得直观、精准和可视化。对于高速事件的分析,XTDIC-STROBE三维动态测量系统还具备标志点追踪功能。

基于图像处理的XTDIC-STROBE三维动态测量系统,高速三维DIC技术具有的独有优势是结合了对高速成像的研究及算法改进,在高速冲击、高速振动、高速变形、高速运动、高速旋转等领域取得了广泛的应用。

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高速三维DIC技术搭配高速相机选型

由于高速测试的实验场景复杂,越来越多的需求指向更清晰的高速影像,以便能够进行更高精度的运动分析。新拓三维DIC技术可以为用户配置各类国内外不同品牌、不同型号(像素、帧频)的高速摄像机,选择高分辨率的超高速摄像机,单张定格下的画面,能确保画面的细腻度和数据质量。

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需要对样品进行的分析类型会决定所需要的高速摄像机种类,采集速度——推荐合适的高速摄像机搭配DIC技术应用。

  • 用于DIC的散斑场如果产生精细,高对比度的视觉纹理,那么推荐高分辨率高速摄像机,确保采集保持高帧率和良好的图像质量。

  • 高速冲击或快速加载测试,产生的位移或应变需搭配高速摄像机,以捕获快速变化的斑点图案,且在分辨率方面进行权衡以达到所需的高帧速率。一般而言,能够在一百万像素或更小的分辨率情况下达到每秒数万帧速率的摄像机较为理想。

  • 对于高速爆炸、振动测试,需配置超高速摄像机。DIC技术可以在整个分析过程中测量各种位置的振动信息以及高速响应情况。分析爆炸冲击、高振动频率时(其中振动响应可达数万赫兹),推荐数十万、甚至超百万帧/秒速度成像的超高速摄像机。

三维DIC测试精度验证

  • 通过天线反射器振动实验进行位移偏差对比;

  • 通过激光位移传感器获取位移数据,精度1微米;

  • 施加不同力载荷,每组采集20个数据,DIC与传感器进行精度对比;

  • 位移精度0.01mm。

三维DIC测试精度验证.jpg

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高速三维DIC测试工程应用

高速冲击DIC测量

DIC软件对拍摄的高速冲击图像进行处理,可得到受冲击材料的应变场和离面位移等信息,分析不同时刻的图像、离面位移、水平方向(x)应变场和垂直方向(y)应变场。新拓三维高速3D-DIC技术可完整捕捉高速冲击过程的动态响应。

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高速振动DIC测量

理解结构部件的振动行为在各种机械设计过程中都很重要。理解特定结构的振动(包括其共振频率和模态形状)可以帮助工程师确定运行参数和进行寿命估算。DIC技术搭配高速摄像机可以进行振动分析,确定结构的共振频率,分析振动模式和模态。

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高速变形DIC测量

高速摄像技术可对典型的冲击(例如霍普金森杆)与作用过程进行全过程的测量,包括空气冲击波动作以及全封闭容器的振动爆炸。结合DIC(数字图像相关技术)非接触式应变光学测量系统可测得瞬态位移场、应变场和速度场等,分析析典型冲击荷载作用下结构的变形破坏现象和机理。

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高速运动DIC测量

通过高速摄像机捕捉高速目标运动过程,并跟踪运动物体特征点,测量特定点的位移、速度、加速度等参数。DIC软件对采集图像的分析,输出高速运动过程物体的三维坐标、位移场、应变场、轨迹姿态、速度、加速度、角度等信息,高速位移轨迹测量通过三维色谱云图直观显示。

高速三维DIC测试工程应用-高速运动轨迹DIC测量.jpg

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