非接觸式應(yīng)變測量系統(tǒng)

 非接觸式應(yīng)變測量系統(tǒng)比利時MatchID NV公司是由比利時魯汶大學(xué)光學(xué)圖像分析技術(shù)研究團(tuán)隊，F(xiàn)EA數(shù)值模擬研究團(tuán)隊和英國南安普敦大學(xué)VFM（Virtual Fields Method）虛擬場計算方法研究團(tuán)隊組建的橫跨光學(xué)測量，材料參數(shù)鑒定與計算，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MatchID NV公司的光學(xué)圖像分析技術(shù)研究團(tuán)隊所研究的對象涉及到基于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)變測量系統(tǒng)比利時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)化比對技術(shù)三大技術(shù)整合到統(tǒng)一的平臺：
◆MI-DIC技術(shù)可以測量物體的全場3D位移、應(yīng)變場和計算應(yīng)力場；
◆MI-VFM材料本構(gòu)方程反求模塊與MI-DIC無縫連接，支持對彈塑性、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有限元驗證與評估模塊，支持自動提取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)的評估報告。

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

◆大部分的工程項目始于原始的CAD模型。通常需要通過仿真來確保產(chǎn)品設(shè)計的功能。這些仿真必須輸入邊界條件和材料參數(shù)。在這個過程中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)驗驗證過程；

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

◆測試的目的是需要比對DIC測量結(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，借助這兩個模塊，用戶可以輕松進(jìn)行DIC測量結(jié)果與仿真結(jié)果的場數(shù)據(jù)的比對與評估。

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測量方式，在常規(guī)的材料和結(jié)構(gòu)變形測量中替代傳統(tǒng)應(yīng)變片，LVDT等工具進(jìn)行應(yīng)變、位移測量；對于大變形，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*的測量工具。

MI-DIC具有以下特點(diǎn)：
◆測量3D位移場、應(yīng)變場、應(yīng)力場
◆動力學(xué)分析：速度場、加速度場和應(yīng)變率場
◆FFT振動模態(tài)分析
◆分辨率與信號分析
◆空間分辨率評估
◆曲面質(zhì)量分析
◆邊界數(shù)據(jù)計算
◆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)，工程師們需要對所選材料做各種測試：

 （1）靜態(tài)測試：單雙軸拉伸，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全場應(yīng)變測量和仿真優(yōu)化系統(tǒng)可以快速測量到材料表面全場的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)變曲線測量

巖土三軸實(shí)驗，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，Eyy云圖和曲線；上圖為橫跨裂紋的空間變化曲線，下圖為時間變化曲線

石墨1600度實(shí)驗，Eyy云圖和曲線

 （2）動態(tài)測試：高應(yīng)變率拉伸壓縮、疲勞、沖擊測試（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全場應(yīng)變測量與仿真優(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，Hopkinson Bar 試驗，振動，沖擊等實(shí)驗中物體表面影像，利用DIC計算獲得位移場、應(yīng)變場、應(yīng)力場，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

◆每個事件保存180幀

新型汽車材料高應(yīng)變率拉伸測試，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時間曲線；

混凝土材料動態(tài)性能測試，采用Kirana超高速相機(jī)，采樣頻率1MHz采集圖像；Von Mises應(yīng)變云圖；右邊曲線上圖為時間變化曲線，下圖為橫跨裂紋的空間變化曲線；

在利用MatchID-2D/Stereo全場應(yīng)變測量和仿真優(yōu)化系統(tǒng)快速測量到材料表面全場的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)隊之一的南安普敦大學(xué)Fabrice Pierron教授所主持的VFM（VirtualFields Method）虛擬場參數(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測量結(jié)果數(shù)據(jù)，自動化
◆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。

高分子材料應(yīng)變率變化對超彈性，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)計通過有限元仿真預(yù)測后，產(chǎn)品的原型將會被快速制造出來并進(jìn)行一系列的測試：強(qiáng)度，剛度，振動模態(tài)，耐久性，碰撞，沖擊測試等等測試；
  傳統(tǒng)的測量工具如應(yīng)變片，位移傳感器LVDT,加速度傳感器，振動計等等，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)常會漏掉關(guān)鍵位置，導(dǎo)致測試失敗、產(chǎn)品性能降低、造成風(fēng)險隱患等等。
  

   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)處理模塊支持自動提取ABAQUS，ANSYS,HYPERRWORKS,SiemensNX等分析軟件的數(shù)據(jù)與MI-DIC測量結(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)處理為有限元比對做好了準(zhǔn)備；

◆MI-FEAVAL有限元驗證模塊則讓工程師們可以輕松將DIC測量結(jié)果與仿真結(jié)果的進(jìn)行場數(shù)據(jù)的比對與評估，達(dá)到修正FEA模型目的，并給出專業(yè)的評估報告。

MatchID-2D/Stereo全場應(yīng)變測量與仿真優(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，振動模態(tài)，耐久性，碰撞，沖擊測試等等測試中的全場的三維變形和應(yīng)變數(shù)據(jù)，將DIC測量結(jié)果與仿真結(jié)果的場數(shù)據(jù)的比對與評估，驗證產(chǎn)品原型的各項性能，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)品的競爭力！

 （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)測對于評估產(chǎn)品的性能和品質(zhì)，結(jié)構(gòu)的力學(xué)行、壽命評估等等至關(guān)重要，有時候為了獲得更高的精度或者從多個角度甚至360度的測量，我們采用高分辨率相機(jī)、多組相機(jī)同步監(jiān)測 。
 （2) 、動態(tài)應(yīng)用
零部件和結(jié)構(gòu)的動態(tài)應(yīng)用主要有：沖擊測試（爆炸、鳥撞。。。）、碰撞測試、跌落測試、振動模態(tài)測試等等。
MatchID-2D/Stereo系統(tǒng)結(jié)合高速相機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)對物體的振動測量，同事獲得應(yīng)變場，通過FFT變換可以獲得振型、加速度、頻譜圖

車輛動態(tài)性能測試，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)變云圖和時間曲線

航空發(fā)動機(jī)葉片振動試驗，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)變測量，采樣頻率100KHz。

混凝土梁三點(diǎn)彎曲裂紋擴(kuò)展實(shí)驗，采樣頻率8000fps,主應(yīng)變云圖和時間空間變化曲線；

野外橋梁撓度監(jiān)測，無需制作散斑，快速實(shí)時測量！

隧道模型實(shí)驗變形監(jiān)測，Von Mises應(yīng)變云圖和時間與空間曲線。

煤層模型實(shí)驗變形監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)長時間采集數(shù)據(jù)，Y方向位移云圖和時間與空間曲線。

假肢脫離模擬實(shí)驗變形測量

動物皮膚變形測試