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一种以等强度梁为计量基准的DIC应变精度验证实验

1实验背景

数字图像相关法DIC测量的精度可靠性直接影响材料力学性能分析的准确性。千眼狼光学测量团队依据VDI2626国际标准,采用等强度梁加砝码方法作为计量基准,开展了DIC三维应变测量系统应变精度验证实验,评估DIC技术在工程应变测量中的可靠性。

VDI2626标准科普:VDI2626是德国工程师协会发布的《基于数字图像相关技术DIC的应变测量》标准,为工程材料应变测试提供了规范。标准搭建等强度梁验证体系,通过砝码加载生成理论应变场,并结合高精度应变片与DIC全场应变交叉验证。

2实验原理

钢制梁的轴向梁体任意位置应变分布均匀,单点理论应变值由梁的弹性力学公式计算:

搜狗高速浏览器截图20250623145141.png

其中F为砝码质量(kg),E为材料弹性模量,单次实现55με理论应变梯度的可控加载。

3实验设备

1)符合VDI2626标准的等强度梁。

2)千眼狼Revealer DIC三维应变测量系统:分辨率4096×3000,帧率30.5fps。

3)砝码与加载装置: 标准重量砝码,对等强度梁的稳定、逐级加载,用于产生已知的理论应变。

4)应变片:4枚高精度应变片贴于表面关键位置,其中3枚用于获取单点轴向应变数据,1枚用于获取单点横向应变数据,与等强度梁理论计算结果对比验证。

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4实验过程与数据

1)保持良好的试验环境:消除环境振动,等强度梁和立体RDIC套件均放在光学平台上,实验时避免人员走动;消除空气扰动(关门窗、关空调);合理选择标定板尺寸,标定板画面占画幅的1/3到1/2;合理制备散斑,散斑占3~5个像素,采用喷漆制备,保证随机性;相机系统使用水平仪进行调平,保证物距一致。

2) 将等强度梁稳定在加载装置上,轴向安装3片应变片,横向安装1片应变片,并连接测量仪器。

3)开启千眼狼Revealer DIC三维应变测量系统,采集24张不同位置和不同角度的标定板素材,避免拍摄的标定板素材虚焦、过曝。

4)采用喷涂方法制作60%密度二值散斑。

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5)无载荷状态下采集5帧基底图像,逐级加载0.5kg砝码,分4级,依据弹性力学公式计算理论应变值,与应变片测量结果对比。

6)每级加载稳定后采集5帧图像,选择中心部分计算区域,并确保子区内有3~5个散斑。任取一点计算Exx方向、Exy方向、Eyy方向的应变值,与应变片测量结果对比。

7)以应变片测量结果为基准,验证DIC测量系统在单点测量精度上是否达到传统应变片的技术指标。

数据结果分析:

表1左为依据弹性力学公式计算的理论数据,右为应变片实测数据,和理论值一致。

搜狗高速浏览器截图20250623144801.png

表1

应变片测量结果显示,实测数据和理论值一致,表明应变片能够真实地测量应变,为后续的DIC测量精度验证提供参考基准。

图3为DIC测量系统测量的某选取点Exx,Eyy,Exy方向的主应变,与计算理论应变误差。测量结果显示,均值误差为3με,最大误差为8με。

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图3

5实验结论

1)精度验证:视场400mm,分辨率1200万像素下,千眼狼Revealer DIC测量系统可实现≤10με应变测量精度。

2)可靠性验证:通过与弹性力学模型计算理论值、传统应变片测量结果交叉对比,DIC测量技术在等强度梁实验中单点主应变测量中,测量结果表现出良好的一致性。

3)应用前景:依据VDI2626标准进行精度验证的千眼狼Revealer DIC测量系统可满足大多数工程材料应变测量需求。

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