高速DIC技术用于高速冲击下平板件变形及破坏分析

材料在高速冲击条件下的动态变形破坏过程及动态力学性能，是冲击力学研究的热点问题。高速三维数字图像相关方法，是一种非接触式的全场应变测量方法。

DIC技术可在较高应变率作用以及极端加载环境下，通过搭配高速相机，可测试高速冲击下材料或结构的三维位移场及应变场，分析材料或结构的动态破坏形式。

通过有限元模拟，可以基于模拟来分析材料或结构受冲击的力学响应行为。但由于材料机械性能存在一些不确定性，难以准确预测具体的响应数据。在相近材料或结构上进行测试，力学动态行为都会有差别。

模拟数据的更新有赖于实验数据来验证和对比，采用新拓三维高速XTDIC全场应变测量系统的数据结果，可修正或更新模拟数据。

测试过程

XTDIC 高速全场应变测量系统布置、散斑图案和加载装置

在测试中，使用加载装置对平板件进行高速冲击，新拓三维XTDIC高速全场应变测量系统同时记录平面板材料响应。为了捕获用于XTDIC软件算法的图像，通过预先在平面板材料进行随机斑点图案制作，在获取高质量图像采集的同时，极薄的散斑不会影响平板件的刚度和力学响应行为。

采用两个高速相机（300万像素，采集频率为5000帧），105mm微距镜头，精度100微应变、0.01mm。冲击加载装置连接到相机的数据采集系统，确保冲击力的测量和相机的记录同时自动开始。冲击装置的力和图像均收集激发时和激发完毕的数据，高速相机实时采集图像。

数据分析

位移场分析

使用XTDIC系统软件获得了平板件受冲击力区域的全场位移数据，从图中可以看出整体的位移场数值左右不对称，撞击瞬态下点1位移为7.86mm，点2位移为6.73mm，XTDIC系统可以获取非常精确的位移图。

图： 位移场

点3的位移曲线如下所示，稳定后的位移在8.5mm左右；点4为冲压受力关键位置，变形量最大，位移曲线如下图所示，稳定后位移值为22.1mm左右。

图： 点3位移曲线

图： 点4位移曲线

应变场分析

点1是与应变片对应的一点，点2是裂纹处一点，点3是应变最大处一点。关键点最大主应变如下图所示。

图： 应变场

点1最大应变值为2600微应变左右。冲压过程中应变先增大，然后呈现一定的波动；点2位于裂纹处一点，最大应变为7700微应变左右，冲压过程中应变先增大，然后变化较平稳。

图： 点1最大主应变

图： 点2最大主应变

点3位于冲裂位置的一端，最大应变为16300微应变左右。冲压过程中应变先增大，然后变化较平稳。

图： 点3最大主应变

测试结论

通过有限元模拟、实际直尺和XTDIC系统测量的数据进行对比，XTDIC软件计算的位移场、应变场趋势与实际模拟变化趋势相符，但整个冲击应力应变的数值呈现出左右不完全对称的特征；

平板件冲击位移最大值为22mm左右，与实际直尺测量的数值一直，关键点的应变值与应变片测量值趋势一致，部分小局部有一定的偏差，但均在100个微应变以内，应变片和XTDIC三维全场应变测量系统的结果对于平板件的力学性能测定，呈现很好的一致性。