光學應變測量系統(DIC)普遍應用于航空航天領域,用于測量和驗證不同工況下結構的形變和振動情況,以一種高精度、非接觸式、可視化全場測量的方式,替代傳統的引伸計和應變片測量方法。該系統能夠方便地整合到例如環境測試箱、風洞、疲勞測試臺等測試環境,提供飛機制作過程中的材料測試、零部件檢測、整機檢測等各階段的位移、應變測量等數據。飛機在高速飛行時由于氣體與蒙皮材料表面摩擦,使大量動能轉變為熱能并傳遞到蒙皮表面,所以蒙皮材料在不同攻角、風速、溫度中都會受到一定的影響。隨著科學技術的不斷發展,三維應變測量技術也在不斷改進和完善。湖南光學數字圖像相關技術應變與運動測量系統
車用覆蓋板鋼板材料CAE分析面臨著獲取高應變速率下的應力-應變數據獲取難的問題,需通過實驗獲取鋼材在高應變速率下的應變數據。光學非接觸應變測量方式:過去通常采用應變片測量,通過超高速動態應變儀,將應變的動態過程記錄下來,用于測量隨時間變化的動態應變。應變片測的是兩點之間單向數據,獲取兩點之間應變的平均值,無法獲取大尺寸鋼板視場范圍內的所有點數據;無法實時記錄整個實驗的動態變形過程,無法針對覆蓋板不同區域做不同分析。上海掃描電鏡數字圖像相關測量系統DIC方法具有全場測量、高靈敏度、高精度等優點,特別適用于復雜結構和生物力學測試等領域。
振弦式應變測量傳感器的研究起源于20世紀30年代,其工作原理如下:鋼弦在一定的張力作用下具有固定的自振頻率,當張力發生變化時其自振頻率也會隨之發生改變。當結構產生應變時,安裝在其上的振弦式傳感器內的鋼弦張力發生變化,導致其自振頻率發生變化。通過測試鋼弦振動頻率的變化值,能夠計算得出測點的應力變化值。振弦式應變測量傳感器的特點是具有較強的抗干擾能力,在進行遠距離輸送時信號失真非常小,測量值不受導線電阻變化以及溫度變化的影響,傳感器結構相對簡單、制作與安裝的過程比較方便。
數字圖像相關法(DIC):原理:通過比較物體變形前后兩幅或多幅數字圖像中特征點的位移變化,來計算物體的應變場。優點:全場測量、精度高、易于實現。應用:廣泛應用于材料測試、結構監測等領域。電子散斑干涉術(ESPI):原理:通過將激光照射到物體表面,并利用CCD相機記錄物體表面散射的光波干涉條紋,來測量物體表面的微小變形。特點:高靈敏度、高分辨率。激光干涉儀法:原理:利用激光干涉原理測量物體表面的位移變化,進而推導出應變。應用:適用于高精度測量和動態應變測量。數字圖像相關法:記錄物體表面在受力或變形過程中的影像序列,通過分析位移或形變信息來計算物體的應變值。
可以采用相似材料結構模型實驗的手段,以鋼筋混凝土框架結構為研究對象,通過數字散斑的光學非接觸應變測量方式,獲取強烈地震作用下模型表面的三維全場位移及應變數據。應變計作為應變測量的工具,存在著貼片過程繁瑣,測量精度嚴重依賴其貼片質量,對環境溫度敏感等問題。此外,應變計無法進行全場測量,難以捕捉到關鍵位置的變形出現的初始位置,當框架結構發生較大范圍變形或斷裂,應變計在試件出現斷裂時容易損壞,影響測試數據的質量。在汽車工程領域,光學非接觸測量可以用于測量汽車零部件在受力情況下的應變分布,優化汽車設計。浙江全場三維非接觸變形測量
光學非接觸應變測量利用全息干涉術和激光散斑術,通過光的干涉和散斑圖案分析物體表面應變。湖南光學數字圖像相關技術應變與運動測量系統
在橋梁靜動載試驗時,如何減小應變測試中的各種干擾因素,提高檢測效率和測量數據的可信度,是長期以來工程師們一直在苦苦探索的問題。經過多年的技術攻關,終于研發成功了一種可裝配式多用途應變測量傳感器,成功地應用在了多座橋梁的靜動載試驗中,有效解決了橋梁靜動載試驗中應變測量時遇到的一系列問題,特別是惡劣環境下的應變測試問題。應變片由兩個相同的敏感柵重疊配置,可以抵消所產生的電磁感應噪聲。導線采用絞合線,同樣可以抵消感應噪聲,因此該應變片不易受交變磁場的影響。湖南光學數字圖像相關技術應變與運動測量系統