非接觸式應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)

 非接觸式應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)比利時(shí)MatchID NV公司是由比利時(shí)魯汶大學(xué)光學(xué)圖像分析技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)，F(xiàn)EA數(shù)值模擬研究團(tuán)隊(duì)和英國(guó)南安普敦大學(xué)VFM（Virtual Fields Method）虛擬場(chǎng)計(jì)算方法研究團(tuán)隊(duì)組建的橫跨光學(xué)測(cè)量，材料參數(shù)鑒定與計(jì)算，有限元模擬等多學(xué)科領(lǐng)域應(yīng)用研究的高科技公司。
 比利時(shí)MatchID NV公司的光學(xué)圖像分析技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)所研究的對(duì)象涉及到基于Subset的局部DIC技術(shù)、基于網(wǎng)格MESH-BASED的全局DIC技術(shù)、Grid網(wǎng)格法技術(shù)等等。

  非接觸式應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)比利時(shí)MatchID公司經(jīng)過10多年的科研創(chuàng)新，推出了具有創(chuàng)新性的產(chǎn)品MatchID-2D/3D實(shí)測(cè)與仿真優(yōu)化分析系統(tǒng)。MatchID-2D/Stereo系統(tǒng)的創(chuàng)新性在于成功將實(shí)測(cè)技術(shù)DIC+Grid、參數(shù)反求技術(shù)VFM，有限元仿真FEA優(yōu)化比對(duì)技術(shù)三大技術(shù)整合到統(tǒng)一的平臺(tái)：
◆MI-DIC技術(shù)可以測(cè)量物體的全場(chǎng)3D位移、應(yīng)變場(chǎng)和計(jì)算應(yīng)力場(chǎng)；
◆MI-VFM材料本構(gòu)方程反求模塊與MI-DIC無縫連接，支持對(duì)彈塑性、超彈性、粘彈性和粘塑性本構(gòu)反求，為有限元仿真提供更加的材料模型；
◆MI-FEAVAL有限元驗(yàn)證與評(píng)估模塊，支持自動(dòng)提取ABAQUS，ANSYS,HYPERRWORKS,SiemensNX等分析軟件的網(wǎng)格數(shù)據(jù)和結(jié)果文件等數(shù)據(jù)與MI-DIC測(cè)量結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)一坐標(biāo)，統(tǒng)一網(wǎng)格與統(tǒng)一濾波條件（subset, step, strain window, shape functions, interpolation）的準(zhǔn)確比較，達(dá)到修正FEA模型目的，給出專業(yè)的評(píng)估報(bào)告。

創(chuàng)新MatchID-2D/3D實(shí)測(cè)與仿真優(yōu)化分析系統(tǒng)可以應(yīng)用于整個(gè)產(chǎn)品的研發(fā)過程。

◆大部分的工程項(xiàng)目始于原始的CAD模型。通常需要通過仿真來確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)的功能。這些仿真必須輸入邊界條件和材料參數(shù)。在這個(gè)過程中MI-VFM可以幫助工程師獲取準(zhǔn)確的材料參數(shù)以減少大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過程；

◆當(dāng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)通過后，產(chǎn)品的原型將會(huì)被快速制造出來并進(jìn)行一系列的測(cè)試。在測(cè)試過程中，實(shí)驗(yàn)優(yōu)化至關(guān)重要，此時(shí)MI-FEDEF和MI-PA將能夠幫助工程師更高效的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；

◆測(cè)試的目的是需要比對(duì)DIC測(cè)量結(jié)果與仿真結(jié)果的位移、變形、應(yīng)變等的差異，由于DIC與FEA的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)、Filtering等的不*給兩者比對(duì)帶來很大困難。為此，MI-FEDEF和MI-FEAVAL是專業(yè)為解決這些問題而誕生的軟件，借助這兩個(gè)模塊，用戶可以輕松進(jìn)行DIC測(cè)量結(jié)果與仿真結(jié)果的場(chǎng)數(shù)據(jù)的比對(duì)與評(píng)估。

MatchID-2D/Stereo系統(tǒng)目前應(yīng)用領(lǐng)域遍及材料力學(xué)，疲勞及斷裂力學(xué)，結(jié)構(gòu)力學(xué)，破壞力學(xué)，沖擊力學(xué)，振動(dòng)力學(xué)，微納米力學(xué)，生物力學(xué)等等。廣泛的科研工作者和工程師們利用其非接觸式和全場(chǎng)測(cè)量方式，在常規(guī)的材料和結(jié)構(gòu)變形測(cè)量中替代傳統(tǒng)應(yīng)變片，LVDT等工具進(jìn)行應(yīng)變、位移測(cè)量；對(duì)于大變形，高低溫應(yīng)變，非均質(zhì)材料應(yīng)變，沖擊變形等領(lǐng)域，MatchID更是他們*的測(cè)量工具。

MI-DIC具有以下特點(diǎn)：
◆測(cè)量3D位移場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)
◆動(dòng)力學(xué)分析：速度場(chǎng)、加速度場(chǎng)和應(yīng)變率場(chǎng)
◆FFT振動(dòng)模態(tài)分析
◆分辨率與信號(hào)分析
◆空間分辨率評(píng)估
◆曲面質(zhì)量分析
◆邊界數(shù)據(jù)計(jì)算
◆VSG Study
◆開放二次接口

為了了解材料的力學(xué)性能和鑒定其參數(shù)，工程師們需要對(duì)所選材料做各種測(cè)試：

 （1）靜態(tài)測(cè)試：?jiǎn)坞p軸拉伸，壓縮，剪切，三點(diǎn)彎曲，斷裂，疲勞，高低溫變形等等等，利用MatchID-2D/Stereo全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量和仿真優(yōu)化系統(tǒng)可以快速測(cè)量到材料表面全場(chǎng)的3D位移、應(yīng)變、應(yīng)力等等。

DCO1鋼材任意點(diǎn)的真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線測(cè)量

巖土三軸實(shí)驗(yàn)，主應(yīng)變E1云圖，左邊為2D顯示，右上圖為3D顯示，右下圖為2.5D變量圖；

疲勞裂紋擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)，Eyy云圖和曲線；上圖為橫跨裂紋的空間變化曲線，下圖為時(shí)間變化曲線

石墨1600度實(shí)驗(yàn)，Eyy云圖和曲線

 （2）動(dòng)態(tài)測(cè)試：高應(yīng)變率拉伸壓縮、疲勞、沖擊測(cè)試（霍普金斯桿沖擊）等等。
目前，高速攝影機(jī)采樣率可達(dá)10MHz. MatchID-2D/Stereo全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量與仿真優(yōu)化分析系統(tǒng)搭配高速攝影機(jī)可以*記錄下一些如高速拉伸壓縮試驗(yàn)，Hopkinson Bar 試驗(yàn)，振動(dòng)，沖擊等實(shí)驗(yàn)中物體表面影像，利用DIC計(jì)算獲得位移場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)，再利用MI-VFM反求材料本構(gòu)關(guān)系公式，特別是塑性階段。

高速相機(jī)：

◆擁有高分辨率和高采樣特征；

◆分辨率2048x1536

◆滿屏下頻率5KHz—8.25KHz

◆內(nèi)存36GB起
◆支持各大高速相機(jī)

超高速相機(jī)Kirana特點(diǎn)：

◆分辨率始終保持924x768

◆滿屏分辨率下速度可達(dá)1MHz-10MHz

◆每個(gè)事件保存180幀

新型汽車材料高應(yīng)變率拉伸測(cè)試，從左邊云圖依次為Von Mises應(yīng)變，位移V云圖；右邊為Von Mises應(yīng)變，位移V時(shí)間曲線；

混凝土材料動(dòng)態(tài)性能測(cè)試，采用Kirana超高速相機(jī)，采樣頻率1MHz采集圖像；Von Mises應(yīng)變?cè)茍D；右邊曲線上圖為時(shí)間變化曲線，下圖為橫跨裂紋的空間變化曲線；

在利用MatchID-2D/Stereo全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量和仿真優(yōu)化系統(tǒng)快速測(cè)量到材料表面全場(chǎng)的3D位移、應(yīng)變、應(yīng)力等等后，工程師可以直接利用MatchID-2D/Stereo軟件中的MI-VFM模塊反求材料的本構(gòu)模型的參數(shù)，其反求出來的材料模型可以直接導(dǎo)入到ANSYS,ABAQUS等有限元軟件中。
MatchID團(tuán)隊(duì)之一的南安普敦大學(xué)Fabrice Pierron教授所主持的VFM（VirtualFields Method）虛擬場(chǎng)參數(shù)反求法已經(jīng)獲得上廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用。

MI-VFM特點(diǎn)：
◆支持彈塑性、超彈性、粘彈性和粘塑性等材料模型 ;   
◆支持二次開發(fā)接口，自定義材料模型；   
◆無縫鏈接MI-DIC測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)，自動(dòng)化
◆可自定義力方向、邊界和編制角度等等
◆可獲得模型參數(shù)、應(yīng)力應(yīng)變曲線、應(yīng)力空間等等。
◆重構(gòu)應(yīng)力場(chǎng)。

高分子材料應(yīng)變率變化對(duì)超彈性，粘彈性本構(gòu)影響，Syy-Eyy應(yīng)力應(yīng)變曲線

  當(dāng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)通過有限元仿真預(yù)測(cè)后，產(chǎn)品的原型將會(huì)被快速制造出來并進(jìn)行一系列的測(cè)試：強(qiáng)度，剛度，振動(dòng)模態(tài)，耐久性，碰撞，沖擊測(cè)試等等測(cè)試；
  傳統(tǒng)的測(cè)量工具如應(yīng)變片，位移傳感器LVDT,加速度傳感器，振動(dòng)計(jì)等等，只能獲取有限的局部的數(shù)據(jù)，不能滿足分析的需求，而且糟糕的是經(jīng)常會(huì)漏掉關(guān)鍵位置，導(dǎo)致測(cè)試失敗、產(chǎn)品性能降低、造成風(fēng)險(xiǎn)隱患等等。
  

   MatchID-2D/Stereo系統(tǒng)的出現(xiàn)*的解決這些問題：

◆利用MatchID-2D/Stereo系統(tǒng)讓產(chǎn)品開發(fā)人員對(duì)結(jié)構(gòu)和零部件的力學(xué)行為有全局的把握，也可以深入局部研究；

◆MI-FEDEF有限元數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊支持自動(dòng)提取ABAQUS，ANSYS,HYPERRWORKS,SiemensNX等分析軟件的數(shù)據(jù)與MI-DIC測(cè)量結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)一坐標(biāo)，統(tǒng)一網(wǎng)格與統(tǒng)一濾波條件的數(shù)據(jù)處理為有限元比對(duì)做好了準(zhǔn)備；

◆MI-FEAVAL有限元驗(yàn)證模塊則讓工程師們可以輕松將DIC測(cè)量結(jié)果與仿真結(jié)果的進(jìn)行場(chǎng)數(shù)據(jù)的比對(duì)與評(píng)估，達(dá)到修正FEA模型目的，并給出專業(yè)的評(píng)估報(bào)告。

MatchID-2D/Stereo全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量與仿真優(yōu)化分析系統(tǒng)廣泛的應(yīng)用于汽車、航空航天、橋梁地質(zhì)、生物力學(xué)等領(lǐng)域中，幫助工程師快速獲得產(chǎn)品原型在諸如：強(qiáng)度，剛度，振動(dòng)模態(tài)，耐久性，碰撞，沖擊測(cè)試等等測(cè)試中的全場(chǎng)的三維變形和應(yīng)變數(shù)據(jù)，將DIC測(cè)量結(jié)果與仿真結(jié)果的場(chǎng)數(shù)據(jù)的比對(duì)與評(píng)估，驗(yàn)證產(chǎn)品原型的各項(xiàng)性能，起到縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，節(jié)約成本，提升企業(yè)和產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力！

 （1)、靜態(tài)應(yīng)用

 零部件、大型結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)變監(jiān)測(cè)對(duì)于評(píng)估產(chǎn)品的性能和品質(zhì)，結(jié)構(gòu)的力學(xué)行、壽命評(píng)估等等至關(guān)重要，有時(shí)候?yàn)榱双@得更高的精度或者從多個(gè)角度甚至360度的測(cè)量，我們采用高分辨率相機(jī)、多組相機(jī)同步監(jiān)測(cè) 。
 （2) 、動(dòng)態(tài)應(yīng)用
零部件和結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)應(yīng)用主要有：沖擊測(cè)試（爆炸、鳥撞。。。）、碰撞測(cè)試、跌落測(cè)試、振動(dòng)模態(tài)測(cè)試等等。
MatchID-2D/Stereo系統(tǒng)結(jié)合高速相機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的振動(dòng)測(cè)量，同事獲得應(yīng)變場(chǎng)，通過FFT變換可以獲得振型、加速度、頻譜圖

車輛動(dòng)態(tài)性能測(cè)試，采樣頻率2000fps,位移峰值達(dá)5mm

工程機(jī)械作業(yè)應(yīng)力集中查找，Von Mises 應(yīng)變?cè)茍D和時(shí)間曲線

航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片振動(dòng)試驗(yàn)，3000fps速度采集照片，Z方向加速度云圖和曲線。

旋轉(zhuǎn)部件高速旋轉(zhuǎn)下變形與應(yīng)變測(cè)量，采樣頻率100KHz。

混凝土梁三點(diǎn)彎曲裂紋擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)，采樣頻率8000fps,主應(yīng)變?cè)茍D和時(shí)間空間變化曲線；

野外橋梁撓度監(jiān)測(cè)，無需制作散斑，快速實(shí)時(shí)測(cè)量！

隧道模型實(shí)驗(yàn)變形監(jiān)測(cè)，Von Mises應(yīng)變?cè)茍D和時(shí)間與空間曲線。

煤層模型實(shí)驗(yàn)變形監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間采集數(shù)據(jù)，Y方向位移云圖和時(shí)間與空間曲線。

假肢脫離模擬實(shí)驗(yàn)變形測(cè)量

動(dòng)物皮膚變形測(cè)試