三维数字散斑（DIC）用于复合材料疲劳耐久性能分析

　　随着对产品减重要求的提高，复合材料因其高比强度和比模量特点，逐渐被应用到建筑、航空和汽车等工业领域。

　　复合材料结构件所占结构质量的比例，已成为衡量结构设计先进性的重要指标之一，同时减重是提高汽车燃油经济性的重要策略。

　　复合材料在建筑工程的应用，有利于塑造复杂的、流畅的和有创意的形状，即使在机械和环境的压力下，仍能保持其形状和功能。

　　复合材料疲劳失效性能

　　一般对于金属材料材料来说，一旦产生裂纹，结构很快失效，因而更关注裂纹萌生。

　　而复合材料结构产生损伤后，结构还能继续承载，但裂纹的出现可能导致宏观刚度的变化，进而影响结构疲劳耐久性。

　　复合材料具有强度和刚度上的各向异性、内部构造上的不均匀性和不连续性等特点，这些特点使其疲劳损伤和破坏机理比各向同性的金属材料复杂得多。

　　复合材料疲劳裂纹的萌生与扩展检测，异质材料的疲劳测试，复杂环境下的材料疲劳实验，传统的应力-应变测试手段难以胜任。

　　将疲劳失效仿真应用到工程上，目前仍有很大的难度，首先结构材料特性与加工过程紧密相关，复杂材料特性需要专门的识别方法和技术。

　　其次在整个刚度衰减过程中，结构应力不断重新分布，不断通过有限元进行反复迭代计算，在复杂载荷场景下，计算成本难以接受。

　　目前，对复合材料结构疲劳失效过程的研究，大多采用仿真计算和试验验证相结合的方式。

　　dic技术-复合材料疲劳失效分析

　　数字图像相关法(DIC技术)作为一种新型的测量方法，能够对结构表面全场位移和应变进行分析，可通过测量试件的应变场变化，来分析复合材料疲劳失效过程。

　　数字图像相关法(DIC技术)通过CCD摄像机记录复合材料动载荷下，变形前后的两幅散斑图，经模数转换得到两个数字灰度场，对两个数字灰度场做相关运算，找到相关系数极值点，从而得到复合材料动载荷过程的位移、应变场信息。

　　复合材料的疲劳性能通过控制载荷、应变与频率的疲劳试验机上进行，通过新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统记录和观测疲劳加载过程中的应变云图，分析疲劳失效过程和机理，可以得到材料的疲劳极限、疲劳强度等性能参数。

　　在疲劳测试的应用中，XTDIC三维全场应变测量系统可优化外部触发锁相环功能，DIC软件可自定义相位间隔捕捉试样图片，并实时显示采集帧率，有效减少采集数据量，支持长时间疲劳监测，实现全场疲劳加载测量。

　　XTDIC三维全场应变测量系统在疲劳测量的过程中，可自动检测疲劳频率，捕捉疲劳加载波峰、波谷，可自定义一个或多个相位多周期还原一个疲劳循环，分析疲劳加载过程复合材料变形和应变信息，全方位反映试样疲劳性能。

　　根据实际工程需求，XTDIC三维全场应变测量系统支持多个相机的配置，多个测头同时对试件进行应变测量，可以扩展观测角度和范围，实现复杂结构物体360°的应变分布表征测量，并于同一坐标系内重建3D结果。

　　XTDIC三维全场应变测量系统是一种新型全场形变表征技术，在疲劳实验中，与传统应变测试方式(例如引伸计、应变片)相比，DIC的优势主要有以下几点：

　　1. 获得样品表面的位移与应变分布云图，可以获得样品表面不同点、线、区域等元素的应变信息;

　　2. 实现复杂形状的构件在疲劳测试下的应变分布表征，测试样品的形状不再受限于标准试样，可以对复杂形状的实际构件进行测试;

　　3. 实现异质材料的疲劳实验，获取样品整个表面的应变分布，可以对异质材料不同区域的应变进行表征;

　　4. 可以对疲劳裂纹进行监控，可以获得包括对裂纹萌生、形状、尺寸、扩展路径等信息;

　　5. 整个实验过程应变分布数据可追溯，实验过程进行记录，在试验后可以随时追溯查看;

　　6. 非接触测量，可以实现复杂环境(高温、腐蚀)环境中的疲劳测试，并且可以和其他设备联用(如搭配红外相机实现温度场耦合测量等)。