數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)(DIC)，通過分析物體表面在變形前后的數(shù)字圖像，獲取位移和應(yīng)變等力學參量。其核心原理是在物體表面制作隨機散斑圖案，利用相機記錄變形前后的圖像，再通過相關(guān)算法(如歸一化互相關(guān))追蹤散斑的移動，計算位移場，并進一步推導應(yīng)變分布。這一技術(shù)的關(guān)鍵在于高精度的圖像匹配和亞像素插值算法，以確保測量結(jié)果的準確性。

DIC原理示意圖

DIC系統(tǒng)實現(xiàn)三維位移及變形測量，需采用雙目立體視覺系統(tǒng)，并通過標定確定相機參數(shù)。DIC軟件部分則涉及子區(qū)匹配算法、形函數(shù)建模以及位移到應(yīng)變的轉(zhuǎn)換計算。2D-DIC適用于平面變形測量，但對離面運動敏感;而3D-DIC能捕捉三維變形，應(yīng)用范圍更廣。

DIC軟件通過處理高速或靜態(tài)相機采集的圖像序列，能夠?qū)崿F(xiàn)亞像素級(最高可達0.01像素)的位移測量精度，在標準配置下三維坐標測量精度可達微米級別，基于多點匹配算法可以精確追蹤材料表面在載荷作用下的三維形變過程，支持從靜態(tài)加載到高速沖擊的各種測試場景。

在科研和工程應(yīng)用方面，DIC系統(tǒng)特別適用于：

材料力學性能表征(彈性模量、泊松比等)

結(jié)構(gòu)強度驗證(裂紋擴展分析、焊接變形測量)

復合材料各向異性研究

高溫環(huán)境下的材料行為測試

振動模態(tài)分析

DIC技術(shù)用于橋梁隔振支座變形測量

采用新拓三維XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)，建立橋梁支座加載變形檢測系統(tǒng)，通過連續(xù)拍攝數(shù)字圖像，精確測量支座表面全場位移情況，獲得支座全場的剪切應(yīng)變及壓縮應(yīng)變相應(yīng)情況，得到支座加載過程中的全場變形、應(yīng)變曲線準確試驗數(shù)據(jù)。

新拓三維XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)，配置的DIC軟件可設(shè)置圖像采集參數(shù)(如分辨率、幀率等)，可根據(jù)試樣觀測區(qū)域范圍，確定DIC設(shè)備使用鏡頭規(guī)格、測試距離以及散斑尺寸;根據(jù)測試目的，定義感興趣的區(qū)域(ROI)和所需的應(yīng)變計算類型。測試過程中在支座表面制作理想的散斑圖案。

橋梁支座散斑制作圖

DIC試驗系統(tǒng)布置

試驗采用XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)進行橋梁支座加載過程變形的全局測試，視野范圍內(nèi)采用藍光光源進行照亮，便于進行數(shù)字圖像的采集。

DIC系統(tǒng)布置完成后，進行測試校正以保證結(jié)果可信度。DIC系統(tǒng)采用中國標準計量局認證的校正板，主要校正采集圖片像素對應(yīng)實際尺寸。DIC系統(tǒng)分析校正板上的標識點，每個標志點圓度，以及中心點之間的距離。

DIC測試試驗結(jié)果

本次試驗通過試驗機控制加載，對橋梁支座進行不同等級的壓縮和剪切加載，加載過程DIC設(shè)備工業(yè)相機進行數(shù)字圖像采集，從而得到階梯型的數(shù)據(jù)結(jié)果。

剪切位移場分析

試驗機加載過程中，橋梁支座會有一個整體的剪切橫向位移，在加載過程中支座表面的剪切橫向位移的變化情況如圖所示。

在不同位置選取了3個點得到不同位置的橫向位移曲線，圖中不同顏色表示不同的水平位移值，紅色表示較大的水平位移值?？梢钥吹皆谥ё戏綑M向剪切位移量小，下方剪切橫向位移大，下方關(guān)鍵點位移量最大為-67.5957mm。

剪切橫向位移曲線

剪切應(yīng)變分析

試驗在DIC軟件中直接進行應(yīng)變分析，下圖為加載過程中橫向剪切方向的應(yīng)變云圖。通過選取的三個關(guān)鍵點，分析其橫向剪切方向應(yīng)變對應(yīng)曲線，可以清晰的看到加載過程中應(yīng)變變化。

剪切應(yīng)變曲線

壓縮位移場分析

支座在加載過程中受到壓縮力，DIC軟件中可分析加載過程中的位移云圖，圖中紅色的區(qū)域出現(xiàn)較大位移。選取三個關(guān)鍵點分析位移對應(yīng)曲線，可以清晰的看到加載過程中位移變化，曲線中最大值為 0.6761mm。

受壓位移曲線

壓縮應(yīng)變場分析

DIC軟件直接進行應(yīng)變分析，下圖為橋梁支座加載受壓的應(yīng)變云圖，選取三個點分析其應(yīng)變對應(yīng)曲線，可以清晰的看到加載過程中橋梁支座受壓縮的應(yīng)變變化。

受壓應(yīng)變曲線

試驗通過非接觸式DIC全場測量方法，測試橋梁支座在試驗機加載下的橫向剪切位移應(yīng)變，受壓位移應(yīng)變的變化情況，分析橫向剪切和壓縮位移及應(yīng)變曲線，試驗數(shù)據(jù)有助于分析橋梁支座的剪切變形和受壓力學性能，最大限度增強公路橋梁減震支座的可靠性、安全性、耐久性。