DIC應變測量系統是研究鎳基合金薄板在120℃沖擊變形下力學行為的強大工具。它能提供前所未有的全場位移和應變細節，揭示材料在該溫度下的屈服行為、加工硬化特性、應變局部化(特別是剪切帶)、應變率敏感性、潛在的動態應變時效效應以及失效機制。DIC實驗有助于理解溫度對鎳基合金動態沖擊性能的影響規律，為高溫環境下應用的部件設計和安全評估提供關鍵數據。

　　為研究在一定溫度和工況下鎳基合金變形情況，利用新拓三維XTDIC三維全場應變測量系統，對鎳基合金(GH3044)薄板進行一定溫度下的特定沖頭沖擊變形試驗，獲得試件的全場位移和應變，揭示鎳基合金試樣在120℃高溫環境下的變形規律。

　　數字圖像相關法原理

　　數字圖像相關法是利用工業CCD相機連續拍攝受到外力情況下的試件變形情況，通過對比變形前后的兩幅圖像從而計算得到試件的位移場和應變場的方法。其基本原理如下圖所示。

　數字圖像相關法原理

　　薄板材料變形試驗

　　利用杯突試驗原理設計薄板在一定溫度下的受力變形測量試驗，模擬薄板在120℃的情況下受到特定形狀物體的碰撞，通過對試驗數據的整理歸納分析其接觸區的變形情況。基于數字圖像相關法的三維散斑測量系統有較高的精度，經過標定后，其精度可達0.001mm，因此非常適合用于薄板變形測量。

　　材料變形應變測量系統

　　試驗中的高溫材料變形應變測量系統，分別由電動式液壓系統、高強度自制型材角鋼試驗架、三維散斑測量系統、電阻式高溫加熱套裝組成。

　　新拓三維XTDIC三維全場應變測量系統：由測頭(2臺高精度CCD 相機 、2個LED光源)、1臺數據同步控制箱、1臺高性能計算機、帶有水平儀的相機支架組成。

　　板料變形測量系統

　　試驗方案

　　試驗對象材質為GH3044.主要被應用于航空領域，如航空發動機的隔熱屏、導向葉片等，其主要物理性質如表1所示。試驗材料共6件，分為3組，每組2件，編號為A、B、C。其中，B組和C組尺寸相同。試驗條件:A組為室溫、B組為120℃、C組為150℃。

　試件示意圖

　　因試驗對象硬度較高，沖頭采用SKH-9高速鋼，硬度達到65HRC，完全滿足試驗要求，沖頭前端形狀為常見的扁平式圓角，故能夠模擬在實際應用中的碰撞情況。

　　沖頭實物&噴涂散斑的試件

　　試驗結果分析

　　對試件的全場位移和應變的演化形式進行分析， 可以得出GH3044金屬薄板在一定溫度下受特定沖頭作用的變形情況。

　　試驗中，B組試件數據及試驗效果更具有代表性，因此對該組試驗現象及結論進行重點分析;根據試驗結果可知，加熱情況下的試件變形程度較常溫明顯增大，位移及應變均有較大的提高。

　3組試驗數據

　　選取B組試件破裂前的最后一張圖像的總位移最大點所在的縱向截面線，作為第一條位移曲線 L0.此后的L1～L5為該截面線，分別為以此向左平行位移5個像素所獲得，繪制出位移云圖。

　　總位移數據

　　由上圖可以看出，變形具有對稱性。變形量由四周向中間聚攏，越靠近中間變形量越大;試件與夾具接觸區域附近變形量較小。根據測量可知，種子點選擇下的變形區域達到100%。

　變形量面積占比

　　當總位移達到最大值時，試件的3個方向的位移變化云圖如下圖所示。

　全場位移云圖

　　試件變形過程中發生的應變折線如下圖所示：

　　全場應變數據

　　根據試驗數據可知，位移變化中以z 向位移為主，應變變化中以 y 向應變為主。溫度對試件變形量影響效果明顯，即溫度越高，試件的變形量越大。試件的變形量與沖頭的有效接觸面積有關，試件與沖頭接觸后直至破裂，試件在種子點選擇下的區域均發生了不同程度的變形。

　　總結分析

　　利用新拓三維XTDIC三維數字散斑測量系統對鎳基合金(GH3044) 金屬薄板進行動態的測量分析，對試件的全場位移與應變的變化規律進行了分析，并得出以下結論:

　　(1) 基于數字圖像相關法的三維散斑測量系統可用于分析金屬薄板受力變形，能夠實時、全場、精確地獲得金屬薄板在受力后的形變狀態和數據;

　　(2) 溫度對試件的影響較為明顯，溫度越高，試件的變形程度越大; 試驗溫度相差30℃，其總位移和主應變分別相差1.047 mm和1.002%;

　　(3) 在試件變形過程中，總位移以z方向位移化為主導; 大位移基本發生在與沖頭接觸的區域，占3.35%，與沖頭的接觸面基本相一致; 在主應變中，99%的應變量由y方向的應變提供，且x、y方向最大應變對應的點在試件上并不重合。

　　案例摘自：【韓紅亮，新疆大學機械工程學院，國家自然科學基金地區科學基金項目，數字圖像相關法在薄板變形測量中的應用】