超高速数字图像相关法(DIC)在爆炸与冲击力学中的应用

快讯 来源: 2022/7/26 11:00:56 阅读:1616

近年来,随着恐怖袭击事件和高科技局部战争的发生,重要经济军事设施和普通民用建筑结构的抗暴设防,给工程界和学术界提出了重大而迫切的挑战。

建筑物的爆炸破坏效应分析,破坏程度评估,在爆炸事故分析、结构抗爆设计、反恐怖袭击和军事领域均是一个重要的课题。

钢筋混凝土结构具有优异的力学性能,是建筑结构设计的重要材料。研究混凝土梁、板、柱等构件在爆炸载荷作用下的破坏评定方法,对于钢筋混凝土结构的抗爆安全设计、灾后评估具有重要的理论意义和工程价值。

为研究混凝土结构抗暴性能,搭建不同形状的混凝土构件并配合不同当量的炸药,通过高速相机以20000Hz的采集频率,获取爆炸瞬间物体的三维位移场和应变场数据。通过分析混凝土构件在爆炸冲击下的动态响应和毁伤演化,为探索建筑物损伤机理、防护设计、控制爆炸灾害响应,提高抗爆安全性提供丰富的数据支撑。

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在爆炸力学研究过程中,对结构裂纹位置,变形演化过程的研究具有重要意义。由于爆破的瞬间属于高速作用,传统的手段很难监测到劈裂的位置,采用高速相机配合数字图像相关法(DIC)技术,能够捕捉爆破瞬间的裂纹和变形轨迹。

新拓三维XTDIC-STROBE动态应变测量系统,将数字图像相关法(DIC)与超高速摄影技术相结合,可快速获得位移和变形信息,显著提高测量效率,助力研发人员更精准验证结构爆炸力学性能和运动特性。


爆破冲击破坏演化监测

使用XTDIC-STROBE动态应变测量系统,搭配两台高速相机同时拍摄爆炸瞬间,并通过XTDIC-STROBE软件计算每一帧照片的相关性,实现变形过程中物体表面的三维坐标、位移及应变的动态测量,可清晰看出裂缝位置及演化,应变测量范围0.005%~2000%,测量精度可达50με。

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在测量时,爆破实验中闪光灯、高速相机拍摄、炸药起爆等一系列动作依次进行,同步控制系统达到微秒级的精确控制。高速相机拍摄系列图像,XTDIC-STROBE软件分析连续测量的图像组,即可计算出结构在爆炸过程中水平方向、竖直方向、剪切方向的位移云图和最大主应变云图。

 

爆炸冲击结构件测试一

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X方向的位移

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Y方向的位移

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Z方向位移

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最大主应变

 

爆炸冲击结构件测试二

 

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X方向位移

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Y方向位移

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Z方向位移

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最大主应变


新拓三维XTDIC-STROBE动态应变测量系统,基于数字图像相关方法和超高速摄像技术,进行爆破模型实验,可分析爆破应变场的演化过程和衰减规律。

测量数据可用于ABAQUS有限元分析结果验证,对爆破模拟的动态演化过程进行验证,实现对爆炸应力波的传播和衰减的深入量化研究,为探索爆炸力学领域中被爆介质的动态响应提供一种新的测量方案。


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