基于一维数字图像相关法的本科生材料力学教学试验方案

孙先念，刘庆斌，吕晓君

(大连海事大学 力学教研室，辽宁 大连 116026)

目前，在材料力学教学中的试验环节上，主要以拉伸、压缩、扭转、弯曲及弯扭组合试验为主。这些试验可以在万能材料试验机、扭转试验机和一些专用小型试验机上完成，试验过程比较直观，学生容易掌握和观察，而且对试验设备与场地的要求也不高。在光测法方面，传统的光弹法、散斑法等，要么实施比较困难，要么不直观，很少采用这些方法作为本科生的教学实验。

近年来，随着数字图像技术的发展，数字图像相关法(digital image correlation method，DIC)由于具有非接触、精度高、全场测量、实验设备简单等优点，在材料力学性能测试领域得到了越来越广泛的应用。该方法首先由M．A．Sutton等人提出[1]，目前已可实现对二维、三维表面变形场的测量，并逐渐取代其他光测法，成为光测技术领域一种主要的工程测量技术[2-4]。在应用方面，该方法也可用于一维方向上的应变测量，如用于测量竹纤维材料拉伸应变[5],或测量梁弯曲变形[6]及材料变形[7]等。

为了向大学本科生介绍数字图像相关法这一广泛使用的表面变形场工程测量方法的基本思想，已经针对这一方法设计了许多试验教学方案，如利用二维数字图像相关法测量低碳钢平板试件拉伸时的纵向与横向应变[8]，测量梁弯曲的挠度和应变[9-10]，测量平面场的位移[11]，运动三维形貌的测量[12]等。然而，这些教学方案在实施上仍存在一些困难，其主要原因是其测量过程往往要借助人工散斑，不直观，而且要处理的数据量较多，学生需要掌握相关的图像学知识后借助专门的图像分析软件才能进行数据处理，这就增加了学生的学习负担，同时，如果需要购买商用图像分析软件又增加了教学费用。……