XJTUDIC三維數(shù)字散斑動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量分析系統(tǒng) 介紹

tuiguang

概述：
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& u) ?0 B1 a# H& E; M" k    2007年以來(lái),，國(guó)際上基于數(shù)字圖像相關(guān)法(Digital Image Correlation,DIC)測(cè)量全場(chǎng)應(yīng)變技術(shù)，得到了爆炸性發(fā)展和應(yīng)用[參看STRAIN期刊2008年社論],，廣泛應(yīng)用于各個(gè)學(xué)科的研究,，如材料力學(xué)、生物力學(xué)、斷裂力學(xué),、微觀納米應(yīng)變測(cè)量、宏觀大尺寸變形測(cè)量,、各種新材料性能測(cè)試等,。
    歡迎各大學(xué)和研究所，基于“XJTUDIC三維數(shù)字散斑動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量分析系統(tǒng)”進(jìn)行跨學(xué)科合作研究,，合作進(jìn)行三維全場(chǎng)應(yīng)變實(shí)驗(yàn),。
8 m/ |! i+ e' A; u    XJTUDIC三維數(shù)字散斑動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量分析系統(tǒng)是一種光學(xué)非接觸式三維形變測(cè)應(yīng)變量系統(tǒng)，用于分析,、計(jì)算,、記錄變形數(shù)據(jù)。采用圖形化顯示測(cè)量結(jié)果,，便于更好地理解和分析被測(cè)材料的性能,。系統(tǒng)識(shí)別測(cè)量物體表面結(jié)構(gòu)的數(shù)字圖像，為圖像像素計(jì)算坐標(biāo),，測(cè)量工程的第一個(gè)圖像表示為未變形狀態(tài),。在被測(cè)物體變形過(guò)程中或者變形之后，采集連續(xù)的圖像,。系統(tǒng)比較數(shù)字圖像并計(jì)算物體紋理特征的位移和變形,。該系統(tǒng)特別適合測(cè)量靜態(tài)和動(dòng)態(tài)載荷下的三維變形，用于分析實(shí)際組件的變形和應(yīng)變,。
   如果被測(cè)物體具有很少的紋理特征,，需要將表面處理成隨機(jī)散斑紋理，如下圖所示,，例如在物體表面噴黑色或白色的自噴漆,。

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     隨機(jī)圖案（Stochastic pattern）    帶有2像素重疊區(qū)域的15*15像素面片  

& g. D- I0 C9 y3 q% b    XJTUDIC三維數(shù)字散斑動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量分析系統(tǒng),，采用數(shù)字圖像相關(guān)方法DIC（Digital Image Correlation）,，結(jié)合雙目立體視覺(jué)技術(shù)。采用兩個(gè)高速攝像機(jī),，實(shí)時(shí)采集物體各個(gè)變形階段的散斑圖像,，利用圖像相關(guān)算法進(jìn)行物體表面變形點(diǎn)的立體匹配，并重建出匹配點(diǎn)的三維空間坐標(biāo),。對(duì)位移場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理和變形信息的可視化分析,，從而實(shí)現(xiàn)快速、高精度,、實(shí)時(shí),、非接觸式的三維應(yīng)變測(cè)量。
1 _$ C0 B4 G8 a% q   數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）是一光測(cè)力學(xué)變形測(cè)量方法,，DIC又稱(chēng)為DSCM（Digital Speckle Correlation Method）或數(shù)字圖像散斑相關(guān)DISC（Digital Image Speckle Correlation ）,。
   數(shù)字圖像相關(guān)DIC的基本原理是通過(guò)圖像匹配的方法分析試件表面變形前后的散斑圖像,，來(lái)跟蹤試件表面上幾何點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)得到位移場(chǎng)，在此基礎(chǔ)上計(jì)算得到應(yīng)變場(chǎng),。在DIC算法中,，圖像匹配時(shí)常用圖像子區(qū)的相關(guān)性來(lái)表征同圖像上兩個(gè)子區(qū)的相似程度，因此該圖像子區(qū)常稱(chēng)為“相關(guān)窗”,，而DIC名字中也因此保留了“相關(guān)”這個(gè)名詞,。
   
5 ?/ P% L5 Y3 f+ s) m   系統(tǒng)資料下載：簡(jiǎn)介---XJTUDIC三維數(shù)字散斑動(dòng)態(tài)變形測(cè)量分析系統(tǒng)(點(diǎn)擊查看)
   國(guó)際發(fā)展：STRAIN期刊編輯社論(點(diǎn)擊查看)
' y0 G* y- E! D( m+ s7 k( u   應(yīng)用案例：拉伸試驗(yàn)三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量分析(點(diǎn)擊查看)
) w9 d+ z  q7 P# W9 ?8 N% r: S4 Y   應(yīng)用案例：鈦合金試件壓縮變形三維數(shù)字散斑試驗(yàn)(點(diǎn)擊查看)
   試驗(yàn)分析：XJTUDIC數(shù)字散斑系統(tǒng)與電子引申計(jì)比對(duì)試驗(yàn)
5 f4 L$ V% O5 W+ D8 {/ V- d$ \   技術(shù)分析：數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)DIC的發(fā)展和應(yīng)用（點(diǎn)擊查看）
4 B, L, J" W4 i   系統(tǒng)功能：總體功能、主要功能,、變形分析,、應(yīng)變分析、分析曲線,、報(bào)表功能,、截線分析、等勢(shì)線（點(diǎn)擊查看）
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一般測(cè)量步驟       計(jì)算步驟      顯示和編輯       輸出功能      視頻演示
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. k) L3 y0 P- t+ m, J7 Z4 n' r, ]! u1 Q
總體功能
  
% K1 V4 a) r3 Y9 K8 t% m1 l主要功能
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變形分析
  
. N" P9 i& w( o# M. Y' M應(yīng)變分析

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分析曲線
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報(bào)表
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截線分析
  
等勢(shì)線分析
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XJTUDIC系統(tǒng)硬件           各種應(yīng)變計(jì)算和分析功能   
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功能特點(diǎn)：

由兩個(gè)工業(yè)相機(jī),、光源,、多功能控制器、計(jì)算機(jī)等組成,。
# x. W. y: V3 K5 o7 x$ m2 q多路A/D輸入,、多路D/A輸出、多路開(kāi)關(guān)量輸入和輸出,。
5 {9 Q3 P' y& ?7 ]- P可與各種試驗(yàn)機(jī)配合使用,，同步采集試驗(yàn)機(jī)的力、位移,、變形等數(shù)據(jù),。系統(tǒng)也可單獨(dú)使用。
+ l9 Z( [" ?$ E9 A實(shí)現(xiàn)二維,、三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量和分析,。
* b- \% l4 q7 S強(qiáng)大的處理功能：各種分析功能、各種坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能等,。
系統(tǒng)在不同時(shí)刻圖像中自動(dòng)分配一一對(duì)應(yīng)的正方形或者矩形的面片,例如15*15像素的面片
簡(jiǎn)單的試件準(zhǔn)備,，試件表面只要求隨機(jī)或規(guī)則的圖案
4 l9 R. w$ T) {1 p大的測(cè)量范圍：采用同一個(gè)設(shè)備，既可測(cè)量小件也可以測(cè)量大件,，試件大小從1mm到2000mm,，變形的測(cè)量范圍從0.01%到幾個(gè)100%
; d  B8 V. }9 {  D9 Z1 ^8 k) Z高密度測(cè)量點(diǎn)的全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量，三維圖形顯示測(cè)量結(jié)果
圖形化表示測(cè)量結(jié)果,，對(duì)試件性能提供最佳理解
! S1 f7 |) t# D7 v$ e各種坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,，如3-2-1坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
測(cè)量過(guò)程和結(jié)果數(shù)據(jù)報(bào)告的生成和輸出功能
  y3 u4 F; h3 e) b0 U. W用默認(rèn)或者自定義的顏色來(lái)表示計(jì)算和測(cè)量結(jié)果的顯示
, Z- b5 h) |' V6 D系統(tǒng)具有移動(dòng)方便，便于運(yùn)輸
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6 l  n. Z9 a# t! y, g應(yīng)用領(lǐng)域：  
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應(yīng)變計(jì)算、強(qiáng)度評(píng)估,、組件尺寸測(cè)量,、非線性變化的檢測(cè)
5 l3 ?/ k# h  S. I8 z4 V" ^先進(jìn)材料（CFRP、木材,、 內(nèi)含PE的纖維,、金屬泡沫、橡膠等）
' I0 @7 T/ w# e  A零部件試驗(yàn)（測(cè)量位移,、應(yīng)變）
6 k9 A7 L! B  I% o0 b/ j- i3 J5 p材料試驗(yàn)（ 楊氏模量,、泊松比、彈塑性的參數(shù)性能）
生物力學(xué)（骨骼,、肌肉,、血管等）
. x$ g( \0 a" a3 K, d  g微觀形貌、應(yīng)變分析（微米級(jí),、納米級(jí)）
; K8 _# ~9 i: `7 M; W斷裂力學(xué)性能
有限元分析（FEA）驗(yàn)證
動(dòng)力學(xué)測(cè)量（動(dòng)態(tài)測(cè)量,、瞬態(tài)測(cè)量）
三維全場(chǎng)振動(dòng)分析
高速變形測(cè)量
動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量，如疲勞試驗(yàn)
& l9 \" _& K4 q4 f) f) [諧振,、沖擊和噪聲激勵(lì)
3 g/ V. p. J' a蠕變和老化過(guò)程的特性分析
  t# [$ G) X2 M成形極限曲線FLC測(cè)定
各種各向同性和各向異性材料變形特性

一般指標(biāo)：
9 ?- K' c. l$ O! q0 v) D, K9 R
& s% D7 ~+ y9 }, f7 c% `, v測(cè)量面積  測(cè)量范圍可變：幾毫米～幾米,，典型尺寸為32×24×24 mm至4000×3750×3750 mm
測(cè)量靈敏度   
3 I, b0 G5 V2 p3 z位移：可達(dá)視場(chǎng)的1/100000，取決于測(cè)量條件,。（當(dāng)視場(chǎng)為100mm時(shí)約為1μm）
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應(yīng)變：典型值為0.01％  
測(cè)量范圍  達(dá)到數(shù)倍100％應(yīng)變
測(cè)量輸出  表面外形,，每個(gè)表面點(diǎn)的三維位移、應(yīng)變
相機(jī)分辨率  有多種選擇,，100萬(wàn)像素～1100萬(wàn)像素
- j8 \  L% v3 y/ A. a/ Y5 i幀頻  10Hz~5000Hz
) y' e& t- Y2 x* @- [2 o標(biāo)定板  尺寸從32×24mm至4000×3750mm,，可根據(jù)用戶要求提供其他尺寸
! `8 j, x3 E5 j- @控制單元  計(jì)算機(jī)控制單元，集成的模擬數(shù)據(jù)采集與記錄輸入單元：多路A/D,、D/A,、開(kāi)關(guān)量輸入輸出數(shù)據(jù)采集通道，相機(jī)同步控制電源±0.05V~±10V,。  
  y# ^3 @7 ]; f9 f( \. y) E' M各種試驗(yàn)機(jī)接口 與各種試驗(yàn)機(jī)（如電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)）無(wú)縫連接,，同步采集試驗(yàn)機(jī)的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如拉力,、位移,、變形,、速度,、開(kāi)始、結(jié)束等,。
照明單元 采用LED冷光源均勻照射被測(cè)物表面,，以提高測(cè)量精度
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用途：

5 s3 H+ j- H9 q# q, c$ p XJTUDIC 三維數(shù)字散斑動(dòng)態(tài)變形測(cè)量分析系統(tǒng) 用于三維變形場(chǎng)測(cè)量，成為實(shí)驗(yàn)力學(xué)領(lǐng)域中一種重要的測(cè)試方法，其主要應(yīng)用有：

可用于全場(chǎng)振動(dòng)測(cè)量,、動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量,、高速變形測(cè)量、斷裂力學(xué),、沖擊激勵(lì)及動(dòng)態(tài)材料試驗(yàn)中測(cè)量材料特性參數(shù)等,。系統(tǒng)的靈活的設(shè)計(jì)使應(yīng)用范圍非常廣泛，包括從微電子或生物力學(xué)的顯微研究至航天,、航空,、汽車(chē)、艦船及鐵路工業(yè)領(lǐng)域的大尺寸零部件測(cè)量,。

2 U/ a( g0 _* Q/ H1 Z) b* M   1) 在材料力學(xué)性能測(cè)量方面：可應(yīng)用于各種復(fù)雜材料的力學(xué)性能測(cè)試中,。如火箭發(fā)動(dòng)劑固體燃料、橡膠,、光纖,、壓電薄膜、復(fù)合材料以及木材,、巖石,、土方等天然材料的力學(xué)性能的檢測(cè)中。

0 o: |) p" P) U. F- k廣泛應(yīng)用于破壞力學(xué)研究中,，包括裂紋尖端應(yīng)變場(chǎng)測(cè)量,、裂紋尖端張開(kāi)位移測(cè)量以及高溫下裂紋尖端應(yīng)變場(chǎng)測(cè)量等。
$ ^* R0 F. ~! e5 B+ Q   2) 在細(xì)觀力學(xué)測(cè)量方面：借助于掃描電子顯微鏡(SEM),、掃描隧道電子顯微鏡(STEM)以及原子力顯微鏡(AFM).

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