在各類(lèi)工程技術(shù)、軍事技術(shù)和科學(xué)研究中，工程材料可能會(huì)遇到像高速碰撞、爆炸這樣的沖擊加載情況，了解材料在沖擊加載下的力學(xué)響應(yīng)，有助于各類(lèi)材料的工程應(yīng)用和工程設(shè)計(jì)。

對(duì)于材料來(lái)說(shuō)，其在爆炸/沖擊載荷下的力學(xué)響應(yīng)往往與靜載荷下是不同的。與準(zhǔn)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)相比，進(jìn)行高應(yīng)變率下的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，依然是一個(gè)難題?；羝战鹕鞂?shí)驗(yàn)，對(duì)于有效并精確地獲取材料的應(yīng)變率相關(guān)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，是非常好的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)方式。

霍普金森桿實(shí)驗(yàn)在爆炸/沖擊載荷下力學(xué)響應(yīng)研究中極具價(jià)值，但試驗(yàn)中的應(yīng)變測(cè)量一直是個(gè)難點(diǎn)，由于霍普金森桿的沖擊速度非?？欤枰浅？焖伲〝?shù)MHz）的采集應(yīng)變數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)方法采用接觸式的應(yīng)變片測(cè)量方法響應(yīng)速度不夠，無(wú)法滿(mǎn)足高應(yīng)變速率下的應(yīng)變測(cè)量。

新拓三維XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)搭配高速攝像機(jī)，可通過(guò)非接觸的方式實(shí)現(xiàn)霍普金森桿實(shí)驗(yàn)中高速加載圖像采集，進(jìn)行三維全場(chǎng)變形和應(yīng)變測(cè)量分析，從數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、全面性和操作便攜性等方面顛覆了傳統(tǒng)測(cè)量方法，為霍普金森桿實(shí)驗(yàn)中的變形和應(yīng)變測(cè)量提供了一個(gè)全新的標(biāo)準(zhǔn)解決方案。

如下為采用XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，搭配高速攝像機(jī)采集圖像，分析巖石試樣在霍普金森桿動(dòng)態(tài)沖擊下的斷裂實(shí)驗(yàn)，DIC軟件利用采集的圖像分析獲取材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，以及試件變形位置及裂紋演化。

實(shí)驗(yàn)采用兩臺(tái)超高速攝像機(jī)進(jìn)行圖像采集，高速攝像機(jī)采集數(shù)據(jù)頻率為120000幀，獲得全場(chǎng)應(yīng)變，并選取斷裂處關(guān)鍵點(diǎn)應(yīng)變數(shù)據(jù)，進(jìn)一步了解巖石材料抗壓強(qiáng)度及耐久性能。實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果有助于探索降低材料的脆性，改善其斷裂性能方法。

1、圓柱巖石試樣-端面撞擊試驗(yàn)

巖石試樣開(kāi)裂前：如下圖所示，測(cè)得巖石試樣三維全場(chǎng)變形和應(yīng)變數(shù)據(jù)，截取關(guān)鍵點(diǎn)應(yīng)變數(shù)據(jù)為0.8189%，并輸出關(guān)鍵點(diǎn)應(yīng)變曲線。

巖石試樣mises應(yīng)變（等效塑性應(yīng)變-確定材料經(jīng)強(qiáng)化后屈服面的位置的物理量）：如下圖所示，測(cè)得巖石試樣三維全場(chǎng)變形和應(yīng)變數(shù)據(jù)，截取關(guān)鍵點(diǎn)應(yīng)變數(shù)據(jù)為14.0000%，并輸出關(guān)鍵點(diǎn)應(yīng)變曲線。

巖石試樣最大主應(yīng)變：如下圖所示，測(cè)得巖石試樣三維全場(chǎng)變形和應(yīng)變數(shù)據(jù)，截取關(guān)鍵點(diǎn)應(yīng)變數(shù)據(jù)為13.2012%，并輸出關(guān)鍵點(diǎn)應(yīng)變曲線。

2、圓柱巖石試樣-曲面撞擊試驗(yàn)

巖石試樣開(kāi)裂前：如下圖所示，測(cè)得巖石試樣三維全場(chǎng)變形和應(yīng)變數(shù)據(jù)，并輸出關(guān)鍵點(diǎn)應(yīng)變曲線。

巖石試樣mises應(yīng)變（等效塑性應(yīng)變-確定材料經(jīng)強(qiáng)化后屈服面的位置的物理量）：如下圖所示，測(cè)得巖石試樣三維全場(chǎng)變形和應(yīng)變數(shù)據(jù)，并輸出關(guān)鍵點(diǎn)應(yīng)變曲線。

巖石試樣最大主應(yīng)變：如下圖所示，測(cè)得巖石試樣三維全場(chǎng)變形和應(yīng)變數(shù)據(jù)，截取關(guān)鍵點(diǎn)應(yīng)變數(shù)據(jù)為14.3034%，并輸出關(guān)鍵點(diǎn)應(yīng)變曲線。

動(dòng)態(tài)載荷下的材料力學(xué)性能數(shù)值模擬，已在工程設(shè)計(jì)中發(fā)揮著重要作用，而進(jìn)行數(shù)值模擬的前提，是要建立一個(gè)材料在各種應(yīng)變率下的精確應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

利用霍普金森桿拉伸實(shí)驗(yàn)，采用高速攝像機(jī)結(jié)合XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，可采集在高速?zèng)_擊載荷下的清晰圖像，結(jié)合DIC軟件分析巖石材料試件在動(dòng)態(tài)荷載下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，分析其全場(chǎng)位移以及應(yīng)變，整體數(shù)據(jù)可追溯，有助于材料的數(shù)值模擬，助力材料的工程應(yīng)用和工程設(shè)計(jì)。