鈦合金試件壓縮變形三維數(shù)字散斑試驗1 壓縮實驗說明 圖1試件（實驗前）如圖1所示，對于氧化處理的鈦合金試件，高5mm，直徑3mm。使用萬能材料試驗機進(jìn)行壓縮，同時使用散斑圖像相關(guān)方法測量試件在變形過程中各個狀態(tài)下的應(yīng)變場信息。 圖2試件（實驗結(jié)束，發(fā)生斷裂）如圖2所示，當(dāng)實驗結(jié)束時，試件已經(jīng)發(fā)生了斷裂，使用散斑圖像相關(guān)的方法可以獲得在裂紋產(chǎn)生的過程中，試件的應(yīng)變場的變化情況，對于研究試件的力學(xué)性能等有很好的研究價值。2 散斑測量系統(tǒng)說明 圖3散斑測量系統(tǒng)的軟硬件組成如圖3所示，散斑測量系統(tǒng)硬件組成有相機（一個或多個），LED光源以及固定裝置組成，在本次壓縮實驗中，測量系統(tǒng)的軟件為西安交通大學(xué)自主研發(fā)的XJTUDIC 三維數(shù)字散斑應(yīng)變測量分析系統(tǒng)，系統(tǒng)界面如圖4所示，可以支持單相機下的散斑應(yīng)變測量和多相機下的散斑應(yīng)變測量，并有極強的應(yīng)變后期分析功能可以滿足各種應(yīng)變分析的需要。 圖4XJTUDIC軟件界面3 壓縮實驗測量3.1 散斑圖像相關(guān)方法簡介通過相機獲取各個壓縮狀態(tài)下的圖像信息，根據(jù)XJTUDIC進(jìn)行測量區(qū)域選擇，根據(jù)測量區(qū)域，在各個變形狀態(tài)下進(jìn)行散斑相關(guān)，獲取每個測量區(qū)域中的相關(guān)窗口的變形情況。如圖5所示，根據(jù)基礎(chǔ)狀態(tài)中的測量區(qū)域內(nèi)各個相關(guān)窗口內(nèi)的散斑信息，在各個變形狀態(tài)中獲取相關(guān)窗口的位置及變形情況，從而建立各個變形狀態(tài)下的變形場信息，計算試件的應(yīng)變場數(shù)據(jù)。 （a）基礎(chǔ)狀態(tài)（未發(fā)生變形時） （b）變形狀態(tài)（壓力7902.252N，壓縮量0.485mm）圖5散斑相關(guān)區(qū)域的相關(guān)窗口計算3.2 三維重建及應(yīng)變場信息顯示 圖6三維重建變形點對散斑圖像進(jìn)行三維重建，單相機二維測量重建為三維平面，多相機三維測量重建為被測物體三維形貌，將每個相關(guān)窗口重建為三維變形點，如圖6所示。并根據(jù)散斑圖像相關(guān)結(jié)果計算應(yīng)變場，使用云圖形式直觀顯示應(yīng)變場信息，如圖7所示。 圖7應(yīng)變場信息4 變形分析和結(jié)果輸出4.1 變形應(yīng)變分析 圖8變形應(yīng)變分析類型如圖8所示，變形應(yīng)變分析包括：X位移分析、Y位移分析、Z位移分析、總的三維位移分析；Z值投影；徑向距離、徑向距離差；徑向角、徑向角差；應(yīng)變X、應(yīng)變Y和應(yīng)變XY；最大主應(yīng)變；最小主應(yīng)變；厚度減薄量；Mises應(yīng)變；Tresca應(yīng)變；剪切角。4.2 變形相關(guān)曲線軟件可以實時獲取各個狀態(tài)下的試驗機數(shù)據(jù)，并可以根據(jù)試驗機以及應(yīng)變情況繪制變形相關(guān)曲線，數(shù)據(jù)類型包括：試驗機數(shù)據(jù)（力、位移、小變形、時間）、變形信息（位移X、位移Y、位移Z、總位移、徑向距離差、徑向角差）、應(yīng)變信息（應(yīng)變X、應(yīng)變Y、應(yīng)變XY、最大主應(yīng)變、最小主應(yīng)變、Mises應(yīng)變、Tresca應(yīng)變、厚度減薄量和剪切角）。任意兩種數(shù)據(jù)類型均可進(jìn)行相關(guān)曲線繪制。如圖9所示，為力和最大主應(yīng)變的相關(guān)曲線。 圖9力-最大主應(yīng)變相關(guān)曲線4.3 截線 （a）基礎(chǔ)狀態(tài)； （b）壓縮狀態(tài)； （c）壓縮狀態(tài)下，截線位置應(yīng)變信息 圖10直線截線應(yīng)變分析截線為在被測物體的三維變形應(yīng)變信息中通過增加截面，獲得截面與被測物體相交處的變形和應(yīng)變信息。截線包括：直線截線和圓形截線。直線截線為平面與被測物體相交的截線。圓形截線為使用圓柱體與被測物體相交所獲得的截線。并可根據(jù)截線繪制截線上的變形和應(yīng)變信息。變形和應(yīng)變信息可以為：變形信息（位移X、位移Y、位移Z、總位移、徑向距離、徑向距離差、徑向角和徑向角差）、應(yīng)變信息（應(yīng)變X、應(yīng)變Y、應(yīng)變XY、最大主應(yīng)變、最小主應(yīng)變、Mises應(yīng)變、Tresca應(yīng)變、厚度減薄量和剪切角）。如圖10所示，為試件對角線位置在壓縮狀態(tài)下的變形情況。4.4 數(shù)據(jù)輸出 圖11變形工程信息如圖11所示，根據(jù)所選擇的工程信息類型，導(dǎo)出指定工程狀態(tài)下的工程信息。工程信息可以包括：試驗機數(shù)據(jù)（力、位移、小變形、時間）、變形信息（位移X、位移Y、位移Z、總位移、徑向距離差、徑向角差）、應(yīng)變信息（應(yīng)變X、應(yīng)變Y、應(yīng)變XY、最大主應(yīng)變、最小主應(yīng)變、Mises應(yīng)變、Tresca應(yīng)變、厚度減薄量和剪切角）。 圖12狀態(tài)變形信息（變形點變形數(shù)據(jù)） 圖13狀態(tài)變形信息（變形云圖）如圖12和圖13所示，根據(jù)所選擇的狀態(tài)信息類型，導(dǎo)出指定狀態(tài)下的狀態(tài)信息。狀態(tài)信息可以包括：變形信息（位移X、位移Y、位移Z、總位移、徑向距離、徑向距離差、徑向角和徑向角差）、應(yīng)變信息（應(yīng)變X、應(yīng)變Y、應(yīng)變XY、最大主應(yīng)變、最小主應(yīng)變、Mises應(yīng)變、Tresca應(yīng)變、厚度減薄量和剪切角）。并導(dǎo)出相應(yīng)的三維變形云圖。 圖14點對變形信息如圖14所示，根據(jù)所選擇的點對，導(dǎo)出指定狀態(tài)下的點對信息。點對信息包括：坐標(biāo)信息、點距信息和點對應(yīng)變信息。并根據(jù)點對應(yīng)變信息繪制點對應(yīng)變曲線。 西安交通大學(xué)機械工程學(xué)院信息機電研究所模具與先進(jìn)成形技術(shù)研究所地址：陜西省西安市咸寧西路28號西安交通大學(xué)機械工程學(xué)院郵編：710049電話：029-82664583（技術(shù)支持），82669103、82664366轉(zhuǎn)807電子郵件: xjtuom@263.net 網(wǎng)站：www.xjtuom.com