一、试验目的：检测汽车车桥在加载实验的全局三维变形和局部三维全场应变

1. 载荷作用下，汽车车桥表面关键点的位移、变形测量。(采用XTSD三维光学静态变形测量分析系统)

2. 载荷作用下，汽车车桥表面局部区域的位移、应变测量。(采用XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统)
要解决的问题（位移传感器和应变片）：

传统方法一般采用位移传感器来测量变形，采用应变片测量应变，存在以下问题：

1.位移传感器一般是一维，无法测量三维位移和变形。要测量较多点的变形，需要安装众多的位移传感器，使用非常麻烦，精度不高。

2.应变片能够测量一维应变，无法测量三维应变。较难测量三维全场应变测量。

二、实验器材：

1. 汽车车桥制件；

2. 四通道加载实验系统；

3. XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统；

4. XTSD三维光学静态变形测量分析系统；

5. 自喷漆、标志点、标准尺、计算机，电缆线等。

XTDIC三维数字散斑全场应变测量分析系统   XTSD三维光学静态变形测量分析系统

汽车车桥

实验现场（车桥正面三维全场应变测量）

实验现场（车桥下面三维全场应变测量）

三、测量准备

1. 布置和粘贴标志点，用于表面关键点的位移、变形测量，如下图所示。

布置标志点

标志点包括：环状的编码标志点和圆形的非编码标志点，均可用于载荷作用下车桥表面变形的跟踪和位移计算。标尺用于确定标志点对应的实际空间三维坐标。

2. 利用哑光自喷漆在车桥表面制备散斑特征（如下图所示），以用于局部位移、应变的测量和计算。

散斑特征

3. 实验加载方案。利用四通道实验机控制系统，采用负载控制方式，分28级对车桥制件进行加载，加载路径如下图所示。

四、图像采集

1. 标志点图像采集。采用千万像素级的单反相机，在车桥加载后的不同阶段，快速地从不同方位拍摄照片，以用于表面标志点的静态变形计算。

2. 散斑图像采集。利用散斑测量系统的测量头、控制箱、计算机、软件控制模块进行车桥表面散斑图像的采集。测量头由两个高频LED灯和两个工业CCD相机组成，见下图。采集速度：每秒1帧。

测量头

五、数据处理

1. 对于采集的标志点图像，采用XTSD三维光学静态变形测量系统进行处理。

2. 对于采集的散斑图像，采用XTDIC 三维数字散斑应变测量分析系统处理。

两个系统的软件如下图所示。

XTSM三维光学静态变形测量系统

XTDIC 三维数字散斑应变测量分析系统

六、实验结果

静态变形测量

试验机载荷为1吨，4吨，6吨，8吨，10吨，12吨，16吨，40吨时车桥表面标志点变形测量结果，利用OpenGL三维显示。

载荷为1吨时

载荷为4吨时

载荷为6吨时

载荷为16吨时

载荷为40吨时

七、散斑实时变形测量

采用散斑方法对车桥制件侧面和底面两块小区域进行了测量，下面将分别阐述测量结果。

   
           (a) 侧面测量区               (b)底面测量区

侧面测量结果

实验条件：连续加载1~40吨； 加载时间：120秒；加载到40吨时维持

1. 加载过程，测量区位移分布色谱图：（采集速度每秒1帧）

2. 测量区平均位移—时间曲线：

E方向位移

X方向位移—时间曲线
Y方向位移—时间曲线

Z方向位移—时间曲线

3. 测量区平均应变—时间曲线：
（最大主）应变—时间曲线

八、底面测量结果

实验条件：连续加载1~40吨； 加载时间：120秒。

1. 加载过程中测量区位移分布色谱图：（采集速度每秒1帧）

2. 测量区平均位移—时间曲线：
E方向位移
X方向位移

Y方向位移

Z方向位移

3. 测量区平均应变—时间曲线：（最大主）应变—时间曲线

16t时EpsilonX应变场

16t时EpsilonX应变场二维投影

40t时EpsilonX应变场

40t时EpsilonX应变场二维投影

工件曲面的三维重建(散斑测量结果为三维实际工件的外形变形情况)

九、结果说明

1. 静态变形测量结果能非常直观地显示：被测车桥在不同加载阶段，表面点的三维坐标和位移变化；测量结果能以报表形式导出。

2. 加载条件相同时，两次散斑测量得到的平均位移变化基本一致，最大位移小于3.5mm。

3. 散斑测量得到的应变较小，最大应变小于0.1%。

4. 通过设置颜色条最值，可以灵活显示车桥表面的位移场和应变场。