I. Aperçu du système

Le système de test dynamique de déformation structurelle à grande vitesse est un système de mesure de déformation sans contact basé sur la technologie de corrélation de la caméra à grande vitesse et de l'image numérique (DIC), principalement utilisé pour capturer le comportement de déformation transitoire d'un matériau ou d'une structure sous des charges dynamiques à grande vitesse telles que des chocs, des explosions, des vibrations. Ses fonctions principales comprennent la mesure en temps réel du déplacement, de la déformation, de la vitesse et de l'accélération sur tout le champ, fournissant un support de données critiques pour les tests de conditions de travail dans le domaine de l'ingénierie.

II. Détails de la détection

1. Acquisition d'image à grande vitesse

Configuration matérielle:

Appareil photo ultra - rapide: la fréquence d'image peut atteindre des dizaines de milliers à des millions d'images par seconde (par exemple, 1 million d'images par seconde) et la résolution n'est pas inférieure à 1280 × 800 pixels, assurant une capture claire du processus de déformation instantanée.

Système optique: équipé de lentilles personnalisées et de sources lumineuses (telles que l'éclairage à lumière bleue), optimise la qualité de l'image, réduit le flou de mouvement et améliore la précision de la reconnaissance des caractéristiques de la tache.

Processus de test:

Acquisition synchrone d'images numériques avant et après déformation via une caméra à haute fréquence d'image, produisant un motif tacheté haute résolution.

2. Traitement d'image tachetée

Préparation de spotting:

Pulvériser des taches aléatoires (comme une peinture mate) sur la surface de l'éprouvette ou utiliser une texture naturelle comme marqueur de suivi pour créer un motif à contraste élevé. La taille de la tache doit être optimisée en fonction de la distance de test et du grossissement de la lentille.

Algorithme de correspondance d'image:

Sur la base de la technologie DIC, les images avant et après déformation sont appariées par sous - zone (par exemple, une zone de 32 x 32 pixels), le champ de déplacement étant déterminé par calcul d'une fonction d'intercorrélation normalisée.

En combinaison avec le principe de la vision stéréoscopique binoculaire, le déplacement bidimensionnel est converti en coordonnées spatiales tridimensionnelles pour reconstruire la topographie de la surface de l'objet et le processus de déformation.

Reconstruction en trois dimensions:

Grâce à un algorithme d'appariement stéréoscopique, les variations de coordonnées tridimensionnelles des points de surface d'un objet sont calculées avec une précision allant jusqu'à l'ordre du micromètre.

3. Traitement des données et production des résultats

Calcul des déformations:

Les champs de déplacement sont différenciés numériquement (par exemple, par la méthode des moindres carrés) pour obtenir une distribution de déformation sur tout le champ (y compris les déformations positives, les déformations en cisaillement et les déformations principales).

Prend en charge les analyses d'état de stress complexes, telles que la dérivation de la direction et de la taille du stress principal à l'aide de données de déformation.

Analyse dynamique:

Analyse modale des vibrations: identification de la fréquence intrinsèque de la structure par rapport au type de vibration.

Spectre de réponse aux chocs: évaluation de la capacité d'absorption d'énergie d'un matériau ou d'une structure sous charge dynamique.

Prévision de la durée de vie en fatigue: la durée de vie est estimée à partir de données sur le parcours déformation - temps combinées à des modèles de fatigue tels que la méthode de comptage des courants de pluie.

Sortie visuelle:

Générez des diagrammes de nuages de déformation, des diagrammes vectoriels de déplacement, des courbes de parcours temporel, etc. pour afficher visuellement le processus d'évolution de la déformation.

Prend en charge la reconstruction d'animation 3D, simule la réponse dynamique de la structure.

Iii. Avantages techniques

Mesure sans contact:

Évitez les interférences de la masse supplémentaire du capteur avec les résultats des tests, en particulier pour les matériaux mous (par exemple, le caoutchouc, les tissus biologiques) ou les environnements à haute température (par exemple, les tests de moteurs - fusées).

Capacité de mesure sur tout le champ:

Fournit des données de déformation spatiale continue, révélant des concentrations locales de contraintes avec des trajectoires de propagation de fissures, comblant les limites des mesures traditionnelles en un seul point, telles que les feuilles de déformation.

Haute résolution spatio - temporelle:

Combinez une caméra à haute vitesse avec un algorithme DIC pour atteindre une résolution temporelle de l'ordre de la microseconde avec une résolution spatiale de l'ordre du micron pour capturer des détails de déformation transitoires (tels que la propagation d'ondes de choc explosives).

Forte adaptabilité:

Les besoins de mesure peuvent être couverts à partir d'éléments à l'échelle micrométrique (par exemple, les dispositifs MEMS) à des structures à l'échelle métrique (par exemple, les ponts, les ailes d'avion) en changeant les lentilles pour ajuster la distance d'essai.

Iv. Domaines d'application

Aérospatiale:

Mesure de la déformation de l'aile dans les essais en soufflerie, analyse de l'impact d'allumage du moteur - fusée, suivi de la trajectoire de rotation à grande vitesse du rotor.

Industrie automobile:

Essais de sécurité en cas de collision de véhicules complets (p. ex., évaluation de la résistance des véhicules à l'impact), analyse modale des vibrations du moteur, étude de la mécanique du contact pneu - sol.

Biomécanique:

Évaluation des dommages causés par l'impact sur les os (p. ex., simulation d'accident de voiture), étude des caractéristiques d'étirement des tissus mous (p. ex., ligaments, muscles), tests de biocompatibilité des implants.

Génie civil:

Test de performance sismique des butées de pont, surveillance de la réponse aux vibrations du vent des bâtiments de grande hauteur, contrôle de la déformation dynamique des excavations par explosion de tunnel.

V. limites et solutions

Sensibilité environnementale:

Les interférences lumineuses fortes, la fumée ou les matériaux transparents peuvent réduire la qualité de l'image.

Solution: conception optimisée de la lumière (par exemple, lames polarisantes, sources lumineuses annulaires), éclairage rétro - éclairé ou peinture mate par pulvérisation de surface sur des matériaux transparents.

Complexité du calcul:

Les données d'image volumineuses, telles que les millions d'images par seconde, exigent des algorithmes de traitement et des performances matérielles élevées.

Solution: utilisez le calcul accéléré par GPU, une architecture de traitement distribuée ou Concentrez - vous sur les zones de déformation critiques via la segmentation de zone (roi).

Exigences de surface:

Les surfaces lisses ou réfléchissantes nécessitent un traitement supplémentaire (comme la peinture mate par pulvérisation) pour générer des taches traçables.

Alternative: utilisez la texture naturelle du matériau (par exemple, métal brossé, fibres composites) comme une tache naturelle.

Le système de test dynamique à grande vitesse de déformation structurelle permet une capture et une analyse précises du processus de déformation dynamique grâce à la fusion de la caméra à grande vitesse et de la technologie DIC, fournissant un support technique clé pour les tests de conditions de travail dans le domaine de l'ingénierie. Ses caractéristiques sans contact, plein champ, haute précision, lui confèrent une valeur irremplaçable dans l'aérospatiale, l'industrie automobile, la biomécanique, etc.