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钛合金试件压缩变形三维数字散斑试验


1.散斑测量系统说明


   钛合金压缩实验视频 钛合金压缩实验1
图 1 散斑测量系统的软硬件组成                       钛合金压缩实验视频


如图 1所示,散斑测量系统硬件组成有相机(一个或多个),LED光源以及固定装置组成,在本次压缩实验中,测量系统的软件为西安交通大学自主研发的XJTUDIC——三维数字散斑应变测量分析系统,系统界面如图 2所示,可以支持单相机下的散斑应变测量和多相机下的散斑应变测量,并有极强的应变后期分析功能可以满足各种应变分析的需要。


 
图 2 XJTUDIC软件界面


2 压缩实验说明
 


 图 3试件(实验前)


如图 3所示,对于氧化处理的钛合金试件,高5mm,直径3mm。使用万能材料试验机进行压缩,同时使用散斑图像相关方法测量试件在变形过程中各个状态下的应变场信息。


 
图 4试件(实验结束,发生断裂)


如图 4所示,当实验结束时,试件已经发生了断裂,使用散斑图像相关的方法可以获得在裂纹产生的过程中,试件的应变场的变化情况,对于研究试件的力学性能等有很好的研究价值。

3 压缩实验测量
3.1 散斑图像相关方法简介
通过相机获取各个压缩状态下的图像信息,根据XJTUDIC进行测量区域选择,根据测量区域,在各个变形状态下进行散斑相关,获取每个测量区域中的相关窗口的变形情况。如图 5所示,根据基础状态中的测量区域内各个相关窗口内的散斑信息,在各个变形状态中获取相关窗口的位置及变形情况,从而建立各个变形状态下的变形场信息,计算试件的应变场数据。


  
(a)基础状态(未发生变形时)
  


(b)变形状态(压力7902.252N,压缩量0.485mm)
图 5 散斑相关区域的相关窗口计算


3.2 三维重建及应变场信息显示
 


图 6 三维重建变形点


对散斑图像进行三维重建,单相机二维测量重建为三维平面,多相机三维测量重建为被测物体三维形貌,将每个相关窗口重建为三维变形点,如图 6所示。并根据散斑图像相关结果计算应变场,使用云图形式直观显示应变场信息,如图 7所示。
 


图 7 应变场信息


4 变形分析和结果输出
4.1 变形应变分析


 
图 8 变形应变分析类型


如图 8所示,变形应变分析包括:X位移分析、Y位移分析、Z位移分析、总的三维位移分析;Z值投影;径向距离、径向距离差;径向角、径向角差;应变X、应变Y和应变XY;最大主应变;最小主应变;厚度减薄量;Mises应变;Tresca应变;剪切角。


4.2 变形相关曲线
软件可以实时获取各个状态下的试验机数据,并可以根据试验机以及应变情况绘制变形相关曲线,数据类型包括:试验机数据(力、位移、小变形、时间)、变形信息(位移X、位移Y、位移Z、总位移、径向距离差、径向角差)、应变信息(应变X、应变Y、应变XY、最大主应变、最小主应变、Mises应变、Tresca应变、厚度减薄量和剪切角)。任意两种数据类型均可进行相关曲线绘制。如图 9所示,为力和最大主应变的相关曲线。


 
图 9 力-最大主应变相关曲线


4.3 截线


     (a)基础状态;          (b)压缩状态;     (c)压缩状态下,截线位置应变信息

  图 10 直线截线应变分析

截线为在被测物体的三维变形应变信息中通过增加截面,获得截面与被测物体相交处的变形和应变信息。截线包括:直线截线和圆形截线。直线截线为平面与被测物体相交的截线。圆形截线为使用圆柱体与被测物体相交所获得的截线。并可根据截线绘制截线上的变形和应变信息。变形和应变信息可以为:变形信息(位移X、位移Y、位移Z、总位移、径向距离、径向距离差、径向角和径向角差)、应变信息(应变X、应变Y、应变XY、最大主应变、最小主应变、Mises应变、Tresca应变、厚度减薄量和剪切角)。如图 10所示,为试件对角线位置在压缩状态下的变形情况。


4.4 数据输出


 
图 11 变形工程信息


如图 11所示,根据所选择的工程信息类型,导出指定工程状态下的工程信息。工程信息可以包括:试验机数据(力、位移、小变形、时间)、变形信息(位移X、位移Y、位移Z、总位移、径向距离差、径向角差)、应变信息(应变X、应变Y、应变XY、最大主应变、最小主应变、Mises应变、Tresca应变、厚度减薄量和剪切角)。


 
图 12 状态变形信息(变形点变形数据)


 
图 13状态变形信息(变形云图)


如图 12和图 13所示,根据所选择的状态信息类型,导出指定状态下的状态信息。状态信息可以包括:变形信息(位移X、位移Y、位移Z、总位移、径向距离、径向距离差、径向角和径向角差)、应变信息(应变X、应变Y、应变XY、最大主应变、最小主应变、Mises应变、Tresca应变、厚度减薄量和剪切角)。并导出相应的三维变形云图。


 
图 14 点对变形信息


如图 14所示,根据所选择的点对,导出指定状态下的点对信息。点对信息包括:坐标信息、点距信息和点对应变信息。并根据点对应变信息绘制点对应变曲线。


 

 
Web www.xjtudic.com
 

西安交通大学 机械工程学院 模具与先进成形技术研究所 信息机电研究所
电子邮件: xjtops@163.com  网站: www.xjtudic.com  www.xjtops.com  www.3dthink.cn

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