為什么飛機(jī)、汽車、鐵路、橋梁等關(guān)鍵承載工程構(gòu)件，會(huì)隨著服役時(shí)間的流逝而產(chǎn)生變形、裂紋甚至斷裂？看似堅(jiān)不可摧的材料，產(chǎn)生“疲勞裂紋”到底是什么原因?qū)е拢?/p>

工程材料和構(gòu)件疲勞斷裂，是由低于拉伸強(qiáng)度甚至屈服強(qiáng)度的循環(huán)應(yīng)力導(dǎo)致的。即使構(gòu)件的應(yīng)力沒有超過設(shè)計(jì)強(qiáng)度，疲勞導(dǎo)致的微小裂紋，也會(huì)讓構(gòu)件產(chǎn)生災(zāi)難性失效。塑性材料在疲勞斷裂時(shí)無顯著應(yīng)變，這種難以預(yù)測的特性使得疲勞斷裂十分危險(xiǎn)，疲勞性能測試對(duì)于新材料開發(fā)和構(gòu)件強(qiáng)度設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

新拓三維XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)，基于數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)（DIC），是一種新型全場形變表征技術(shù)，由于其不受材料形狀、尺寸限制以及非接觸測試的特點(diǎn)，在各種涉及應(yīng)變測量的領(lǐng)域中展現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢，是一種疲勞裂紋全局動(dòng)態(tài)測量及可視化方法。

如何進(jìn)行多角度、全視場疲勞測試？

疲勞實(shí)驗(yàn)可利用疲勞試驗(yàn)機(jī)，測定材料或構(gòu)件疲勞應(yīng)力或應(yīng)變循環(huán)數(shù)，獲取材料的疲勞極限、疲勞強(qiáng)度等性能參數(shù)。

然而，當(dāng)遇到疲勞裂紋的萌生與擴(kuò)展演化、異質(zhì)材料的疲勞實(shí)驗(yàn)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞實(shí)驗(yàn)，以及復(fù)雜環(huán)境下的疲勞實(shí)驗(yàn)，非接觸式全場測試方案擁有比傳統(tǒng)手段無法比擬的優(yōu)勢。

新拓三維XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)，搭配多相機(jī)（2~8相機(jī)），可與疲勞試驗(yàn)機(jī)聯(lián)機(jī)使用，為不同的疲勞測試提供全場應(yīng)變測試解決方案。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)可以獲得在循環(huán)應(yīng)力載荷作用下，構(gòu)件不同位置在不同載荷下的三維全場變形分布情況。

多個(gè)測頭同時(shí)對(duì)渦輪構(gòu)件表面與內(nèi)壁應(yīng)變測量

如何解決采集數(shù)據(jù)量大難題？

對(duì)于疲勞實(shí)驗(yàn)，加載方式通常為正弦波和三角波等波形加載，實(shí)驗(yàn)頻率通常在幾到幾十赫茲不等。由于疲勞實(shí)驗(yàn)的特性，采集過程長，數(shù)據(jù)采集量大，為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)帶來壓力?；谄跍y試的應(yīng)用場景需求，XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)基于相移方法，可采集高周疲勞實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵波形相位。

XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)相移方法，通過對(duì)加載波形進(jìn)行識(shí)別，可以在特定的波形相位（例如波峰）處自動(dòng)觸發(fā)圖像采集，對(duì)特定疲勞加載條件進(jìn)行應(yīng)變分析，無須配置高速相機(jī)，數(shù)據(jù)量較小，適用于長時(shí)間的高周疲勞實(shí)驗(yàn)。

相移方法圖像采集示意圖

新型材料構(gòu)件疲勞失效測試

為研究復(fù)合材料工程構(gòu)件服役過程中的應(yīng)變演化行為，使用三維DIC方法對(duì)構(gòu)件進(jìn)行模擬測量，以高分辨率和高精度對(duì)試樣在循環(huán)加載狀態(tài)下進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，獲取動(dòng)載荷過程的位移、應(yīng)變場數(shù)據(jù)。

數(shù)字圖像相關(guān)DIC技術(shù)結(jié)合疲勞試驗(yàn)機(jī)上，觀測疲勞加載過程中的應(yīng)變?cè)茍D，分析疲勞失效過程和機(jī)理，獲取構(gòu)件的疲勞極限、疲勞強(qiáng)度等性能參數(shù)。

數(shù)字圖像相關(guān)法DIC軟件可優(yōu)化外部觸發(fā)鎖相環(huán)功能，捕捉疲勞加載波峰、波谷，可自定義一個(gè)或多個(gè)相位多周期還原一個(gè)疲勞循環(huán)，支持長時(shí)間疲勞監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)全場疲勞加載測量。

金屬棒料構(gòu)件疲勞斷裂測試

XTDIC三維全場應(yīng)變系統(tǒng)可用于疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)中，通過DIC軟件分析構(gòu)件動(dòng)態(tài)變形過程，研究裂紋演化及裂紋尖端區(qū)域位移和應(yīng)變場的變化規(guī)律。

在棒料載荷循環(huán)加載過程中，XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取棒料的全場應(yīng)變和位移數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確測得應(yīng)變最大區(qū)域，觀察應(yīng)力集中處的應(yīng)變變化，以便于觀察棒料的疲勞演化。

循環(huán)加載過程中，構(gòu)件塑性區(qū)向棒料中心擴(kuò)展，位于彈塑性交界處的最大軸向應(yīng)力也相應(yīng)地不斷向中心移動(dòng)。隨著塑性變形能擴(kuò)展到棒料中心，即出現(xiàn)沿缺口截面屈服并出現(xiàn)裂紋。

非接觸式數(shù)字圖像相關(guān)法DIC技術(shù)對(duì)于裂縫的出現(xiàn)位置，構(gòu)件表面點(diǎn)位移的識(shí)別非常準(zhǔn)確；采用數(shù)字圖像的應(yīng)變參數(shù)進(jìn)行疲勞監(jiān)測具有可行性。作為一種全新的全場應(yīng)變表征技術(shù)，數(shù)字圖像相關(guān)法技術(shù)DIC在多種疲勞實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢，在科研領(lǐng)域與工程應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)受到了眾多科研工作者、工程師的認(rèn)可。