DIC技术用于桥梁隔震支座载荷下的剪切应变及压缩应变测量

　　　　数字图像相关技术(DIC)，通过分析物体表面在变形前后的数字图像，获取位移和应变等力学参量。其核心原理是在物体表面制作随机散斑图案，利用相机记录变形前后的图像，再通过相关算法(如归一化互相关)追踪散斑的移动，计算位移场，并进一步推导应变分布。这一技术的关键在于高精度的图像匹配和亚像素插值算法，以确保测量结果的准确性。

DIC原理示意图

　　DIC系统实现三维位移及变形测量，需采用双目立体视觉系统，并通过标定确定相机参数。DIC软件部分则涉及子区匹配算法、形函数建模以及位移到应变的转换计算。2D-DIC适用于平面变形测量，但对离面运动敏感;而3D-DIC能捕捉三维变形，应用范围更广。

　　DIC软件通过处理高速或静态相机采集的图像序列，能够实现亚像素级(最高可达0.01像素)的位移测量精度，在标准配置下三维坐标测量精度可达微米级别，基于多点匹配算法可以精确追踪材料表面在载荷作用下的三维形变过程，支持从静态加载到高速冲击的各种测试场景。

　　在科研和工程应用方面，DIC系统特别适用于：

　　材料力学性能表征(弹性模量、泊松比等)

　　结构强度验证(裂纹扩展分析、焊接变形测量)

　　复合材料各向异性研究

　　高温环境下的材料行为测试

　　振动模态分析

　　DIC技术用于桥梁隔振支座变形测量

　　采用新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统，建立桥梁支座加载变形检测系统，通过连续拍摄数字图像，精确测量支座表面全场位移情况，获得支座全场的剪切应变及压缩应变相应情况，得到支座加载过程中的全场变形、应变曲线准确试验数据。

　　新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统，配置的DIC软件可设置图像采集参数(如分辨率、帧率等)，可根据试样观测区域范围，确定DIC设备使用镜头规格、测试距离以及散斑尺寸;根据测试目的，定义感兴趣的区域(ROI)和所需的应变计算类型。测试过程中在支座表面制作理想的散斑图案。

桥梁支座散斑制作图　　

       DIC试验系统布置

　　试验采用XTDIC三维全场应变测量系统进行桥梁支座加载过程变形的全局测试，视野范围内采用蓝光光源进行照亮，便于进行数字图像的采集。

　　DIC系统布置完成后，进行测试校正以保证结果可信度。DIC系统采用中国标准计量局认证的校正板，主要校正采集图片像素对应实际尺寸。DIC系统分析校正板上的标识点，每个标志点圆度，以及中心点之间的距离。

　　DIC测试试验结果

　　本次试验通过试验机控制加载，对桥梁支座进行不同等级的压缩和剪切加载，加载过程DIC设备工业相机进行数字图像采集，从而得到阶梯型的数据结果。

　　剪切位移场分析

　　试验机加载过程中，桥梁支座会有一个整体的剪切横向位移，在加载过程中支座表面的剪切横向位移的变化情况如图所示。

　　在不同位置选取了3个点得到不同位置的横向位移曲线，图中不同颜色表示不同的水平位移值，红色表示较大的水平位移值。可以看到在支座上方横向剪切位移量小，下方剪切横向位移大，下方关键点位移量最大为-67.5957mm。

剪切横向位移曲线　　

       剪切应变分析

　　试验在DIC软件中直接进行应变分析，下图为加载过程中横向剪切方向的应变云图。通过选取的三个关键点，分析其横向剪切方向应变对应曲线，可以清晰的看到加载过程中应变变化。

剪切应变曲线

　　压缩位移场分析

　　支座在加载过程中受到压缩力，DIC软件中可分析加载过程中的位移云图，图中红色的区域出现较大位移。选取三个关键点分析位移对应曲线，可以清晰的看到加载过程中位移变化，曲线中最大值为 0.6761mm。

受压位移曲线

　　压缩应变场分析

　　DIC软件直接进行应变分析，下图为桥梁支座加载受压的应变云图，选取三个点分析其应变对应曲线，可以清晰的看到加载过程中桥梁支座受压缩的应变变化。

受压应变曲线

　　试验通过非接触式DIC全场测量方法，测试桥梁支座在试验机加载下的横向剪切位移应变，受压位移应变的变化情况，分析横向剪切和压缩位移及应变曲线，试验数据有助于分析桥梁支座的剪切变形和受压力学性能，最大限度增强公路桥梁减震支座的可靠性、安全性、耐久性。