汽車(chē)產(chǎn)業(yè)正應(yīng)對(duì)前所未有的環(huán)境和資源壓力，節(jié)能減排已經(jīng)刻不容緩，輕量化是重要途徑之一。而汽車(chē)輕量化決不能以犧牲安全為代價(jià)，相反，關(guān)于汽車(chē)的各種安全法規(guī)日趨嚴(yán)格，比如美國(guó)IIHS（美國(guó)公路安全保險(xiǎn)協(xié)會(huì)）碰撞新標(biāo)將偏置碰撞重疊面積比率由40%降至25%。

　　汽車(chē)的安全性直接體現(xiàn)在車(chē)身在撞擊過(guò)程中吸收撞擊能量的能力，而撞擊過(guò)程中車(chē)身承受高速的負(fù)荷，車(chē)身材料的變形是一個(gè)高應(yīng)變速率的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，與靜態(tài)載荷時(shí)的性能以及失效方式完全不同，研究汽車(chē)用鋼的動(dòng)態(tài)力學(xué)行為，對(duì)汽車(chē)輕量化、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、選擇材料和提升車(chē)身安全性具有重要的指導(dǎo)作用。

　　一、高速碰撞測(cè)量的需求

　　汽車(chē)在進(jìn)行碰撞過(guò)程中，整個(gè)過(guò)程只有0.1～0.2 s，會(huì)產(chǎn)生大量的能量吸收與轉(zhuǎn)移，而這個(gè)能量吸收與轉(zhuǎn)移的能力與材料有關(guān)。

　　車(chē)用覆蓋板鋼板材料CAE分析面臨著獲取高應(yīng)變速率下的應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)獲取難的問(wèn)題，需通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲取鋼材在高應(yīng)變速率下的應(yīng)變數(shù)據(jù)。

　　二、傳統(tǒng)的應(yīng)變測(cè)量方案

　　應(yīng)變的測(cè)量方式，過(guò)去通常采用應(yīng)變片測(cè)量，通過(guò)超高速動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀，將應(yīng)變的動(dòng)態(tài)過(guò)程記錄下來(lái)，用于測(cè)量隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)應(yīng)變。

　　應(yīng)變片測(cè)的是兩點(diǎn)之間單向數(shù)據(jù)，獲取兩點(diǎn)之間應(yīng)變的平均值，無(wú)法獲取大尺寸鋼板視場(chǎng)范圍內(nèi)的所有點(diǎn)數(shù)據(jù)；無(wú)法實(shí)時(shí)記錄整個(gè)實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)變形過(guò)程，無(wú)法針對(duì)覆蓋板不同區(qū)域做不同的分析。

　　三、新拓的全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量方案

　　車(chē)身碰撞過(guò)程中決定沖擊能量的是應(yīng)變速率，在沖擊碰撞過(guò)程中，能量由關(guān)鍵零部件產(chǎn)生塑性變形而被吸收。汽車(chē)覆蓋板的設(shè)計(jì)要滿足安全吸收沖撞峰值能量，使傳遞到座艙的能量最小化。

　　新拓三維自主研發(fā)的XTDIC-STROBE三維動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，基于雙目立體視覺(jué)技術(shù)，采用高速攝像機(jī)實(shí)時(shí)采集汽車(chē)覆蓋板各個(gè)變形階段的圖像，以非接觸的方式進(jìn)行圖像采集，并計(jì)算得到物體的變形量、三維軌跡姿態(tài)等數(shù)據(jù)。

圖： 汽車(chē)覆蓋板

　　采用高速撞擊試驗(yàn)機(jī)設(shè)備，對(duì)汽車(chē)前覆蓋板進(jìn)行載荷加載，由于碰撞速度較快，XTDIC-STROBE三維動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)配置的高速相機(jī)進(jìn)行圖像采集，測(cè)量幅面為400mmX300mm，高速相機(jī)（1920X1440?pixel?）采集頻率2000幀，觀測(cè)沖擊過(guò)程中汽車(chē)覆蓋鋼板的變形情況。

圖： 高速?zèng)_擊裝置

　　采用XTDIC-STROBE三維動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的高速相機(jī)拍攝區(qū)域內(nèi)的全場(chǎng)應(yīng)變數(shù)據(jù)，對(duì)位移變形數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，可得到被測(cè)汽車(chē)覆蓋板表面的全場(chǎng)應(yīng)變，在計(jì)算區(qū)域內(nèi)可清晰觀測(cè)應(yīng)變集中區(qū)，圖中紅色圈點(diǎn)表示高速撞擊部位的應(yīng)變值最大。觀測(cè)汽車(chē)覆蓋板位移場(chǎng)變化趨勢(shì)，及任意一點(diǎn)位移隨時(shí)間的變化曲線：

圖：位移場(chǎng)

　　無(wú)接觸式高速應(yīng)變測(cè)量的方法進(jìn)行圖像采集，XTDIC-STROBE三維動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)軟件分析計(jì)算，獲得了汽車(chē)覆蓋板不同位置應(yīng)變場(chǎng)變化趨勢(shì)，及任意一點(diǎn)應(yīng)變隨時(shí)間的變化曲線。

圖：應(yīng)變場(chǎng)

　　使用新拓三維XTDIC-STROBE三維動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)高速撞擊裝備試驗(yàn)機(jī)加載作用下的汽車(chē)覆蓋板進(jìn)行非接觸動(dòng)態(tài)全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量，得到了可靠的汽車(chē)覆蓋板材力學(xué)性能測(cè)試數(shù)據(jù)，并研究了應(yīng)變場(chǎng)分布特征與鋼板材料沖擊變形之間的關(guān)系，在相同的沖擊加載條件下，測(cè)試數(shù)據(jù)與仿真的沖擊壓力峰值、變化趨勢(shì)基本一致。

　　通過(guò)研究和模擬汽車(chē)用鋼在高應(yīng)變速率范圍的動(dòng)態(tài)力學(xué)行為，對(duì)汽車(chē)輕量化發(fā)展進(jìn)程中優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、合理選材具有重要的指導(dǎo)作用。高應(yīng)變速率性能數(shù)據(jù)應(yīng)用于汽車(chē)碰撞模擬分析，可節(jié)約新車(chē)型的研制成本，有助于通過(guò)嚴(yán)苛的品質(zhì)認(rèn)證測(cè)試，提升新車(chē)型產(chǎn)品交付質(zhì)量和安全性能。