航行于海洋的船舶，船體零部件長期處于高溫、高壓和高濕的海洋環(huán)境，會受到海水的流動、沖擊力、濕度以及腐蝕性介質(zhì)的影響。當金屬材料在特定的腐蝕環(huán)境下，持續(xù)存在拉應(yīng)力的作用時，將會發(fā)生應(yīng)力腐蝕，導致嚴重的腐蝕開裂。

    金屬零部件在服役過程中因拉應(yīng)力的存在，易發(fā)生毫無征兆、脆性的開裂，因此易導致災難性事故的發(fā)生。玻璃纖維（玻璃鋼）和特殊木質(zhì)材料因化學穩(wěn)定性好，具有耐腐蝕性等優(yōu)良特性，具有高強度、高模量和低延伸率的特點，已廣泛應(yīng)用于船舶與海洋工程材料中。

    用戶需求

    國內(nèi)某知名大學的船舶與海洋結(jié)構(gòu)科研實驗室，擬采用玻璃纖維材料拉伸試驗、木質(zhì)材料的三點彎曲實驗，以測試材料在模擬工況下應(yīng)力應(yīng)變情況。通過對船舶關(guān)鍵部位的零部件材料進行應(yīng)力大小測量和應(yīng)力性質(zhì)判定，可以很好地預防應(yīng)力變形開裂的發(fā)生，為船舶系統(tǒng)的安全可靠運行提供數(shù)據(jù)支持。

    檢測難點

    1、船舶系統(tǒng)的材料應(yīng)力失效多發(fā)生在設(shè)備交付使用后，因此要求材料及零部件的應(yīng)力測試是盡量無接觸、無損的。

    2、接觸式式測量，易打滑，不容易固定。對于特殊材料無法測量，小試樣無法測量，大試樣需要多貼應(yīng)變片。

    3、接觸式測量，應(yīng)變測量范圍通常應(yīng)變片小于5%，引伸計小于50%，難以勝任大變形、斷裂、各異向特征的測量任務(wù)。

    三維光學測量方案

    新拓三維XTDIC三維光學應(yīng)變測量分析系統(tǒng)，基于計算機軟件處理采集到的圖像，從而得到物體表面或者內(nèi)部位移場與應(yīng)變場的變化情況，是一種非接觸的、無損的應(yīng)變測量方法，在復雜載荷、大變形、斷裂、材料各異向性的應(yīng)變測試方面具有很大的優(yōu)勢。

    XTDIC系統(tǒng)作為一種光學測量方法，與其他傳統(tǒng)的應(yīng)力測試方法相比，具有較多的優(yōu)點。

    1、進行測試時與被測件無接觸，因而可以在眾多的復雜環(huán)境下應(yīng)用；

    2、這是一種完全的無損測試，不會對材料和零部件造成任何的損傷和破壞；

    3、在船舶系統(tǒng)與海工領(lǐng)域，可以實現(xiàn)眾多工況下的應(yīng)力測試與評價，是最有應(yīng)用前景的應(yīng)力測試方法。

    測量流程

    首選拉伸試驗機力值輸入到新拓三維XTDIC系統(tǒng)軟件，只需通過一根網(wǎng)線（USB）連接，即可從試驗機的PC機硬盤中給讀取文本中的力值數(shù)據(jù)；且XTDIC系統(tǒng)軟件支持有限元分析功能，以便于對試驗拉伸試驗過程進行模擬驗證，為進一步研究分析材料的力學性能提供數(shù)據(jù)支撐。

    一、玻璃材料拉伸測試

    本次試驗選取了船舶制造用玻璃纖維試件作為試驗對象，借助拉伸試驗機對試件進行靜力拉伸試驗，從而獲取試件的各項力學性能指標。

    試驗過程

    1、根據(jù)測量幅面，調(diào)節(jié)相機的間距和測量距離；

    2、調(diào)節(jié)相機鏡頭的焦距和光圈，保證圖像的清晰度和亮度；

    3、標定完成后將試件夾到試驗機上，計算一組靜態(tài)工程，確保精度，然后開始實驗。

    4、試件拉伸過程中同步進行數(shù)據(jù)采集。

    試驗數(shù)據(jù)分析

    （1）在拉伸過程中，隨著載荷的不斷增加，試件上截/中間位移隨著拉伸力不斷加大。

    （2）在軟件中繪制兩點間的應(yīng)力應(yīng)變曲線，找到彈性階段的狀態(tài)，在軟件中直接計算出彈性模量和泊松比。

    結(jié)果分析

    利用新拓三維XTDIC系統(tǒng)，實時采集獲取玻璃纖維材料表面的三維形貌特征和應(yīng)變信息，進而計算出物體表面每一點上的應(yīng)變張量，以便于進行材料力學性能的研究，結(jié)合拉伸試驗機來確定材料的力學特性，如拉伸延展性、屈服強度、抗拉強度等，并給出應(yīng)力-應(yīng)變曲線，為玻璃材料在船舶與海洋工程的應(yīng)用分析提供數(shù)據(jù)支持。

    二、木材三維彎曲測試

    將船舶制造木質(zhì)材料放在試驗機上，調(diào)整跨距，在試樣上加載進行彎曲試驗，直到達到規(guī)定的彎曲程度或發(fā)生斷裂。

    1.安裝夾具，放置試件：根據(jù)試樣情況選擇彎曲夾具，安裝到試驗機上，設(shè)置好跨距，開啟試驗機。

    2.新拓三維XTDIC系統(tǒng)同步進行圖像采集，實時采集木質(zhì)材料在三點彎曲過程中的位移變化。

    試驗數(shù)據(jù)分析

    從試驗的結(jié)果看，木質(zhì)材料表現(xiàn)出較為明顯的抗拉強度和脆性特性，加載一開始出現(xiàn)明顯的線性，隨著載荷增加，材料中間位置出現(xiàn)較大位移，當載荷達到峰值時，木質(zhì)材料完全破壞出現(xiàn)斷裂。

    試驗數(shù)據(jù)分析

    利用材料試驗機對木質(zhì)材料進行了三點彎曲性能試驗，結(jié)合新拓三維XTDIC數(shù)字圖像相關(guān)法測得三點彎曲下木質(zhì)材料的抗彎強度和彈性模量，得到了試樣表面的應(yīng)變分布云圖和不同位置處的應(yīng)變分布，對彎曲和斷裂機理進行了分析，有助于科研實驗室掌握材料變形和破壞的物理機制。