DIC三维应变测量系统用于结构件极限载荷瞬态变形测试

　　DIC(Digital Image Correlation，数字图像相关)三维应变测量系统是一种基于光学原理的非接触式测量技术，广泛应用于结构件在极限载荷下的形变和应变分析。其通过追踪物体表面的随机散斑图案，结合高分辨率相机和计算算法，实现全场、三维的位移和应变测量。

　　DIC三维应变测量系统在极限载荷测试中的优势

　　非接触式测量：避免传统应变片或引伸计因接触导致的干扰，尤其适合破坏性试验(如断裂、大变形)。

　　全场数据获取：捕捉整个测试区域的位移和应变分布，识别局部应变集中、裂纹萌生等关键现象。

　　高动态范围：适应大位移(毫米级至米级)和高应变率(如冲击载荷)的测量需求。

　　三维形变分析：通过XTDIC-SPARK三维高速测量系统，控制高速摄像机采集瞬态变形图像，重建三维形变，适用于复杂几何形状的结构件。

　　后处理灵活性：通过XTDA三维动态分析软件，分析任意方向、路径的位移、变形、速度加速度、应变历史曲线，支持与有限元(FEA)结果对比验证。

　　机械贯穿件形变DIC测试

　　核电站安全壳是反应堆的重要安全屏障，核电站安全壳机械贯穿件是保证管路穿过反应堆钢制安全壳时，将安全壳内部与外部流体管道连接在一起的关键性部件，其结构强度至关重要。

　　国内某研究所为分析核电站安全壳在极限载荷作用下的密封性能，针对机械贯穿件的结构特点，设计了一套加载试验装置，采用XTDIC-SPARK三维高速测量系统，结合高速摄像机采集和分析相关变形数据进行分析，测试其密封性、极限加载后小时泄露率是否满足应用要求。

　　测试装置

　　根据机械贯穿件的实际应用工况，贯穿柱头部会受到与水平面呈 45°夹角方向的推力和扭力。

　　机械贯穿件结构图

　　为分析贯穿件受力变形情况，通过加载装置控制液压系统的比例阀开度，实现推力和扭矩的加载。

　　加载试验装置结构图

　　载荷加载装置结构示意图

　　DIC三维应变测量技术用于形变测试

　　采用新拓三维XTDIC-SPARK三维高速测量系统，直接控制两台高速摄像机实时采集图像，利用DIC软件进行位移场数据的计算处理和变形信息的可视化分析，从而实现快速、高精度、实时、非接触式的三维应变测量。

　　XTDIC-SPARK三维高速测量系统的测点位置命名为2S1，其测点布置如下图所示。

　　DIC系统测点布置图

　　测试结果分析

　　将XTDIC-SPARK三维高速测量系统安装调试完成后，通过调整加载试验装置的比例阀开度，实现对贯穿件的极限加载，试验共进行两次加载。

　　应变测试第1次加载

　　XTDIC-SPARK三维高速测量系统，XTDA三维动态测量软件分析2S1 测点视场某点的位移及云图：

　　第 1 次加载散斑2S1测点-点P位移曲线及云图

　　应变测试第2次加载

　　XTDIC-SPARK三维高速测量系统，XTDA三维动态测量软件分析，2S1 测点视场某点的位移及云图：

　　第 2 次加载散斑2S1测点中点P位移曲线及云图

　　通过分析位移曲线变化表明：在极限载荷下，各测点的应变数据较大。其中，封头平面上的 4个测点数据在加载结束后，应变数据都能基本回归零位，表明封头部位处于弹性变形阶段。

　　贯穿柱上的测点在加载结束后，仍存在较大的应变值，说明贯穿柱已发生塑性变形，已达到极限载荷。

　　泄漏率测试分析

　　在极限加载后，贯穿柱发生形变的情况下，贯穿件的密封性达到2级密封箱室规定的泄露率，可满足使用的要求，验证了贯穿件结构强度的适用性。

　　研究结论

　　采用应变片和XTDIC-SPARK三维高速测量系统，XTDA三维动态测量软件分析，对加载过程中贯穿件进行全场应变测试，并对加载后的贯穿件泄露率进行测试，得到以下结论：

　　1)XTDIC-SPARK三维高速测量系统测得的位移曲线精度较高，能够全面反应载荷施加过程中散斑区域的形变过程。

　　2)由测试数据可以看出，极限载荷施加过程中，贯穿柱根部应力集中程度高，塑性变形不均匀。

　　3)密封性能试验结果显示，贯穿件的密封性能良好，验证了机械贯穿件结构强度的适用性。

　　案例摘自：【陈前昆，中船重工第七一三研究所，极限载荷作用下机械贯穿件应变及密封性能研究】