新拓三维DIC三维应变测量系统助力沥青材料脆断与裂纹扩展机理研究

　　沥青路面服役过程的裂缝，直接影响道路使用寿命和行车安全。传统裂纹观测方法难以捕捉毫秒级动态扩展过程，新拓三维高速DIC技术为此提供了创新性解决方案。

　　裂纹扩展研究价值

　　安全预警：提前识别微裂纹萌生，预防灾难性破坏

　　寿命预测：建立裂纹扩展速率与材料性能的定量关系

　　材料优化：指导新型改性沥青和混合料设计

　　规范完善：为道路设计规范提供实验依据

　　技术挑战与创新方案

　　沥青材料DIC测量的特殊难点

　　材料特性挑战：

　　粘弹性行为：时间-温度依赖性显著

　　非均匀性：集料分布导致局部性能差异

　　温度敏感性：实验过程中温度变化影响材料响应

　　裂纹扩展特点：

　　扩展速度快：可达数米/秒量级

　　路径随机性：受集料界面影响显著

　　多裂纹交互：主次裂纹相互影响

　　实验环境要求：

　　宽温度范围：-20℃~60℃(模拟实际服役环境)

　　动态加载：冲击、疲劳、蠕变等多种载荷形式

　　大变形测量：断裂过程应变可达百分之几十

　　新拓三维XTDIC-SPARK三维高速测量系统，基于数字图像相关(DIC)技术 ，直接控制高速摄像机采集瞬态图像，对不同形状的沥青材料进行三点弯曲断裂试验，通过匹配变形前后图像中对应的图像子区，获取沥青材料表面各点的位移，分析裂纹萌生和扩展行为。

　　沥青材料开裂高速DIC实验观测

　　XTDIC-SPARK三维高速测量系统，高速摄像机可采集成千上万帧频率的序列图像，以捕捉快速变化的动态过程，结合XTDA软件可分析3D位移场、应变场，帮助研发人员精准验证结构沥青材料力学性能和抗裂特性。

　　沥青材料试样

　　对具有半圆形、长方形两种形状的沥青材料试件进行三点弯曲试验，并将新拓三维XTDIC-SPARK三维高速测量系统纳入实验装置，监测裂纹演化、断裂强度和断裂损伤模式。

　　沥青材料在力学特征上具有很强的温度敏感性。试验前，将试样保存于低温箱中，分析在低温环境下，沥青试样的脆性特性，以及在荷载作用下的断裂破坏特性。

　　半圆形沥青材料试件

　　长方形沥青材料试件

　　沥青材料三点弯曲试验

　　将沥青材料试样放置于三点弯曲加载试验机上，同时使用XTDIC-SPARK三维高速测量系统的高速相机采集实验加载过程，实验后用DIC软件分析高速相机试件加载过程的图像数据信息。

　　半圆形试件1.高速相机采集帧率500帧;长方形试件2.高速相机采集帧率100帧;半圆形、长方形试件4、5.高速相机采集帧率50帧。

　　DIC软件数据计算结果

　　XTDA三维动态软件分析各个沥青材料试件的位移、应变云图与裂尖裂缝开裂情况，可分析关键点裂纹水平扩展量，并绘制了一个力-裂纹水平扩展实时曲线。

　　半圆形试件1.DIC测试数据：

　　长方形试件2.DIC测试数据：

　　半圆形试件3.DIC测试数据：

　　长方形试件4.DIC测试数据：

　　新拓三维XTDIC-SPARK三维高速测量系统，通过控制高速摄像机实时记录沥青材料试件在加载过程中瞬态裂纹扩展图像，利用XTDA三维动态分析软件计算获得位移场、应变场，可用于监测试件表面开裂过程的长度、宽度等，可自定义裂缝开裂路径，精度可达微米级，揭示了沥青材料试件裂纹形成区的萌生和扩展变化机理。