3D-DIC 技术在材料力学弯曲梁实验中的拓展应用1)

王斐斐 周建华 魏虎安 仝昊睿 卢英杰

(中国石油大学(华东) 储运与建筑工程学院，山东青岛 266580)

电测法(全称电阻应变测量方法)是实验力学领域进行应变测量的传统方法，该方法应用广泛，测量准确，亦贯穿于整个力学实验教学环节。纯弯曲梁正应力的电测实验是材料力学的必修基础实验之一，目标是帮助学生学习、掌握并能够熟练使用电测方法进行应变测量。近年来，现代非接触光测力学方法在科学研究和工程测试领域获得了广泛关注[1-2]，其中，三维数字图像相关法(three-dimensional digital image correlation method，3D-DIC)是一种基于计算机视觉的光学测量技术，通过建立变形前后数字图像的相关性，对三维位移场进行全面定量测量，再由表面位移的梯度来确定表面应变，具有高分辨率、全场性和非接触式等突出优点，已成为光测实验力学领域最受欢迎的形貌、变形和应变测量方法[3-5]。为了丰富基础力学实验教学内容，提升教学质量，将3D-DIC 方法引入纯弯曲梁电测实验，直观呈现纯弯曲梁表面选定区域内应变场的分布规律及动态演化，帮助学生在掌握传统电测方法的基础上，认识和学习3D-DIC 技术的测试原理与方法，拓宽知识视野，调动学生的积极性和主动性。

1 数字图像相关技术测量原理

3D-DIC 的基本原理是将双目立体视觉原理与数字图像相关匹配技术进行结合，通过分析被测物体变形前后的三维空间坐标来获得物体表面形貌及变形信息[6-7]。双目立体视觉系统[7]是由从不同位置观察被测物体的两个相机构成的成像系统，所需硬件主要包括：摄像机、光学镜头、计算机、图像采集卡及存储介质等，其原理如图1[8]所示。……