3D-DIC技术在桥梁土木材料和结构测试的应用

对于土木桥梁工程材料来说，在受力变形到一定程度即发生裂纹和断裂，这种在外载作用下发生的材料变形与断裂的行为，对于探究工程结构的牢固性和耐久性是至关重要的。在材料与结构测试领域，数字图像相关（Digital image correlation, DIC）方法以其亚像素级别测试精度、可远距多点非接触测试、设备简单、操作简便等特点，在材料与结构形变测试中受到较多关注。

新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统，利用数字图像相关技术（DIC）可以直接测量材料和结构表面力学行为，通过测量材料和结构表面的位移场、应变场等基础数据，利用先进的DIC分析软件快速全面检测裂纹萌生位置、尺寸、扩展速度以及弹塑性阶段的动态变化等，为研究材料强度和性能的研究者提供了一种方便可靠的工具。

XTDIC在土木桥梁工程应用方向

随着土木桥梁结构对抗压强度、抗拉强度以及抗剪切性能要求的不断提升，土木桥梁工程逐步采用功能性、混合型高性能材料，新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统，可应用于土木材料力学分析、结构分析和位移动态测量、相似材料表态变形测量，可对土木桥梁结构的抗拉强度、抗裂、抗疲劳以及断裂韧性进行测试，实现对材料和结构力学性能的定量分析，有助于科学合理地提升工程结构综合牢固度和耐久性。

材料测试应用方向

岩石压缩测试

采用XTDIC三维全场应变测量系统对岩石在劈裂载荷下进行实时监测，研究岩石在破坏前、初始破坏以及完全破坏三个阶段的位移场和应变场，分析在劈拉过程中岩石表面裂缝的变化。

UHPC混凝土试件拉伸

采用XTDIC三维全场应变测量系统，测量混凝土拉伸过程中的三维全场变形数据，分析混凝土拉伸力学性能。

混凝土梁四点弯曲实验

采用模型实验配合数字散斑非接触测量手段，获取桥梁模型加载过程中的全场变形，为研究桥梁变形机理、评估桥梁运行寿命提供有效的数据支撑。对桥梁的长期维护保养、安全运行，避免重大事故的发生，具有重大的工程实用意义。

辅助材料加载实验

各种辅助材料如防水橡胶、环氧树脂等，通过拉伸、压缩、冲压等力学实验，采用XTDIC三维全场应变测量系统，测量分析不同加载情况下的全场变形数据，分析其力学性能。

相似材料模拟应用方向

煤层相似材料模拟实验

搭建物理相似模拟实验，采用XTDIC三维全场应变测量系统，测量三软煤层回采过程中的位移场和应变场，为三软煤层采空区顶板覆岩裂隙演化规律的研究提供数据支撑，进而为现场地质灾害治理提供有效指导。

隧道坍塌实验

搭建相似模型实验，采用数字图像相关法DIC技术，通过相机拍照的方式获取隧道坍塌过程中各个地质层的位移坍塌数据，为隧道的全方位监测、揭示地表沉降规律、实现地下工程的动态风险评估提供数据支撑。

掘进地表扰动实验

以郑州某工程盾构隧道下穿南水北调干渠为例，通过建立相似实验模型，模拟真实试验环境及施工环境，同时检测地表沉降，验证设计合理性，并为类似工程提供借鉴。

使用三维全场应变测量系统观测模型表面位移变化，达到地表形面运动位移检测的效果，量化实验数据，为试验及施工提供可靠数据依据。

结构模拟测试应用方向

T型木制榫卯结构稳定性测试

T型木制榫卯结构稳定性测试，通过非接触测量手段获取加载过程中全场位移和应变数据，与有限元仿真数据相对比，为相关理论研究提供数据支撑。

建筑框架加载实验

框架结构地震损伤演化机理与抗震倒塌设计方法研究。结合理论分析、模型实验、数值模拟等手段，对强震作用下框架结构变形特征和抗倒塌性能进行深入研究，对提高我国工程结构防灾减灾能力，保证“大震不倒”的抗震设防目标，具有重要的科学意义和实用价值。

边坡振动测试

基于双目立体的dic技术，通过大型振动台模型试验，研究不同地震烈度输入下（包括不同峰值加速度大小以及不公输入方向）岩质边坡的位移响应特性，分析位移响应特性与边坡失稳的关系。

支护加载变形测试

为研究碗扣式钢管支架力学性能和稳定性，采用试验分析方法，通过对不同步距和斜撑设置的立杆进行加载，结合XTDIC系统获取三维全场变形及应变数据，分析其力学性能及稳定性，并与有限元数据进行比较分析其变形规律，为碗扣式钢管满堂支架的设计提供参考。

大桥主梁力学性能研究

对大桥主梁力学行为模型研究，通过三维数字散斑技术测量整体变形过程的位移和变形数据，给整个实验提供了很好的理论数据支持，有助于进一步提高公路两用大桥桥梁主体梁的结构优化，了解其力学性能，为桥梁的安全运行提供数据支撑。

建筑类机器人姿态测量

基于dic技术，通过在自动化机器人各个部位黏贴标记点等方式，测量建筑机器人工作过程中各个连接及支撑部位的稳定性，以及运作过程中对于建筑表面工作质量的评估。

XTDIC系统在土木桥梁领域应用总结

XTDIC全场三维全场应变测量系统作为解决土木工程科研问题可靠的科研工具有着以下特性：

1、非接触式全场测试——XTDIC三维全场应变测量系统直接测量试样表面散斑特性，有效避免人为因素，如：固定位移计、应变片、加速度传感器、引伸计等传统方式对测量结果的干扰，有效提高测量结果可重复性。

2、测量结果丰富可靠——XTDIC三维全场应变测量系统，可以直接给出测量表面位移、应变、变形以及形貌特性，并以云图、曲线、文本、视频的展现方法直接给出测量结果，直观可信可靠。

3、试验测试结果可追溯、可评价——XTDIC三维全场应变测量系统分析结果可以直接给出定量评价试验过程干扰因素，直接给出测试结果误差评价。

4、实验测试方便快捷可靠——相对于传统方式，XTDIC三维全场应变测量系统操作极为简便，只需在试样制作合适散斑（系统配置多种不同尺寸散斑制作工具），调整好测量头和辅助光源即可采集测试。