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全场应变位移测量系统


汽车碰撞中安全气嚢变形监测;汽车 车门冲击变形
高速旋转部件变形和应变测量
机翼振动模态测量
MATCHID-2D/STEREO 系统配置
(一)、静态解决方案 (1)软件 ◆MatchID—2D 二维实测与仿真优化分析软体 ◆MatchID—Stereo 三维实测与仿真优化分析软体 ◆MI—CALIB 自动校正分析软件 ◆MI—Grabber 图像采集控制软件 (2)相机 ◆AVT 工业相机 CCD 或 CMOS 相机 ◆传输方式:1394、USB 3.0、Camera Link、Ethernet ◆相机分辨率可选(2MP、4MP 、 5MP、11M P—29MP) (3)光学镜头 ◆C 口或 F 口 ◆定焦镜头:8mm、12mm、23mm、50mm、75mm 等或变焦镜) (4)数据同步采集器(DAQ): 4,8 通道 (5)照明系统:(250W 卤素灯或者 LED) (6)固定装置 (7)校正板 ◆校正板标配 6 块(可选型号:2.5,5,10,15,20,25,35,50mm)
◆汽车领域应用
◆航空航天领域应用
◆风洞测试领域应 用
底盘刚度测试,W 云图和曲线 ◆土木桥梁领域应用
飞机关键部位监测,应力集中查 找 ◆地质矿业领域应用
桥梁,汽车等在风洞中位移监测、振动 模态分析
◆生物力学领域应用
桥梁结构野外检测应用,挠度云图和 关键点曲线
(2) 、 动态应用案例
隧道开挖模拟过程,V 和 Eyy 云图
需要用到上面第一步的求解得到的 弹模和泊松比:E=198GPa V=0.284; 线弹性:UTS: 270 – 410 MPa; Yield Stress: > 280 Mpa; 尺寸:宽度=50mm,厚度=1mm, 凹槽半径=15mm; 屈服准则采用 VonMises 准则; 硬化模型:Swift; 可以获得 Swift 硬化模型的各个参数, 应力应变曲线,重构应力场,弹塑性 区域等等
(二)、动态解决方案 1) 高速相机 支持国际各大知名品牌的高速相机 拍摄速度最高达 2MHz
(三) MatchID-2D/Stereo 系统标配规格
2) 英国 Kirana 超高速相机
◆924X768@1Kfps—10Mfps ◆最高频率:1M, 5M, 10Mfps ◆每个事件可连续拍摄 180 帧
瑜伽运动,肌肉张力测试
零部件和结构动态应用:冲击测试(爆炸、鸟撞。。。)、碰撞测试、跌落测试、振动模态测试等等。
MatchID-2D/Stereo 系统结合高速相机,可以实现对物体的振动测量,同事获得应变场,通过 FFT 变
换可以获得振型、加速度、频谱图
◆汽车行业应用
◆航空航天领域应用
◆振动模态测量
◆霍普金斯杆冲击测试
◆高应变率试验机测试
霍普金斯杆冲击测试中测量全场 3D 变形和应变,从左上 为 U 云图和矢量图,下边依次为 Exx 云图和时间曲线,由 曲线可见多次撞击,冲击波效应。
新型汽车材料高应变率拉伸测试,从上边依次为 Eyy,V 云 图;下边为 Eyy 时间曲线
(3)在利用 MatchID-2D/Stereo 全场应变测量和仿真优化系统快速测量到材料表面全场的 3D 位移、 应变、应力等等后,工程师可以直接利用 MatchID-2D/Stereo 软件中的 MI-VFM 模块反求材料的本构 模型的参数,MI-VFM 模块将直接调用 MatchID-2D/Stereo 软件计算的位移场和应变场数据进行反求。
MatchID 公司经过 10 多年的科研创新,推出了具有创新性的产品-MatchID-2D/Stereo 全场应变测 量与仿真优化分析系统。MatchID-2D/Stereo 系统的创新性在于成功将实测技术 DIC、参数反求技术 VFM,有限元仿真 FEA 优化比对技术三大技术整合到统一的平台:
创新的 MatchID-2D/Stereo 全场应变测量与仿真优化系统应用遍布整个产品研发过程。
材料:Deep-drawing steel, 98% iron; 尺寸:宽度=50mm,厚度=1mm,凹槽 半径=15mm; 加载力值:1137.7N 加载方式:垂直单轴拉伸 弹性模量和泊松比反求结果如下图 所示:E=198GPa V=0.284
第二步、利用 MI-VFM-Plasticity 虚拟场参数反求塑性阶段本构方程 ◆直接利用 DIC 测量到的场数据,大量数据进行多次迭代反求塑性阶段的本构关系。 ◆可以获得所求模型的各个参数、应力应变曲线、应力空间等等。 ◆可供选择的材料模型有 Bilinear, Swift, Voce I, Voce II ,Ludwik 等等。 ◆重构应力场和 DIC 输入的应变场、Elastic-Plastic 区域查看。
MatchID-2D/Stereo 全场应变测量与仿真优化分析系统广泛的应用于汽车、航空航天、桥梁地质、生物 力学等领域中产品在量产前,帮助工程师快速获得产品原型在诸如:强度,刚度,振动模态,耐久性, 碰撞,冲击测试等等测试中的全场的三维变形和应变数据,最终将 DIC 测量结果与仿真结果的场数据 的比对与评估,验证产品原型的各项性能,起到缩短产品的研发周期,节约成本,提升企业和产品的 竞争力! 以下是罗列的一些各行各业的应用情况,以供工程师们参考! (1)、静态应用案例 零部件、大型结构的变形和应变监测对于评估产品的性能和品质,结构的力学行、寿命评估等等至关 重要,有时候为了获得更高的精度或者从多个角度甚至 360 度的测量,我们采用高分辨率相机、多组 相机同步监测 。
ห้องสมุดไป่ตู้
◆疲劳测试
◆断裂测试
◆高低温测试
钢材拉伸测试 E1 云图 混泥土试块压裂测试, 金属材料 V 云图,Exx
与曲线
V,Eyy 云图
和 Eyy 曲线
三点弯曲,Eyy 云图
石墨 1200 度实验,Eyy 云图和曲线
(2)动态测试:高应变率拉伸压缩、疲劳、冲击测试(霍普金斯杆冲击)等等。 目前,高速摄影机采样率最高可达 10MHz. MatchID-2D/Stereo 全场应变测量与仿真优化分析系统搭配 高速摄影机可以完美记录下一些如高速拉伸压缩试验,Hopkinson Bar 试验等实验中物体表面影像, 利用 DIC 计算获得位移场、应变场、应力场,再利用 MI-VFM 反求材料本构公式,特别是塑性阶段。
第一步、利用 MI-VFM-Elastic 求解材料在弹性阶段的本构参数 ◆适合均质和非均质材料如焊缝、复合材料、结构试件等材料在弹性阶段的反求。 ◆反求弹性阶段的本构关系参数如弹性模量(复材:E11,E22),泊松比,刚度矩阵参数(Q11,Q12, Q22,Q66),剪切模量 G12 等等。 ◆采用 VSG 降噪法和网格降噪法; ◆计算全场应力分布 Sxx、Syy、Sxy 。
最终测试的目的是要比对 DIC 测量结果与仿真结果的位移、变形、应变等的差异,但由于 DIC 与 FEA 的网格节点、Filtering 等的不一致给两者比对带来很大困难,导致长期以来没有比较好的比对方法 。
MatchID-2D/Stereo 全场应变测量与仿真优化分析系统的出现完美的解决这些问题: ◆利用 MatchID-2D/Stereo 系统可以快速获得全场的三维变形和应变数据,让产品开发人员对结构和 零部件的力学行为有全局的把握,也可以深入局部研究; ◆MI-FEDEF 有限元数据预处理模块实现了将 FEA 数据转换成与 DIC 数据格式一致,并且具有相同的 Filtering 条件的数据为获得有意义的比对做好了准备; ◆MI-FEAVAL 有限元验证模块则让工程师们可以轻松将 DIC 测量结果与仿真结果的进行场数据的比对 与评估;
全场应变测量与仿真优化分析系统
比利时 MatchID 公司是由比利时鲁汶大学著名研究 DIC 数字图像相关技术的 Pascal Lava 教授所带 领的的团队,著名的研究 FEA 数字模拟的 Dimitri Debruyne 教授带领的的团队和英国南安普敦大学研究 VFM(Virtual Fields Method)虚拟全场参数反求法 Fabrice Pierron 团队组成的横跨光学测量,材料参数 反求,有限元仿真等多学科领域应用研究的国际顶尖高科技公司。 MatchID 的团队专注于研究: ◆DIC 算法的优化,DIC 精度和空间分辨率; ◆研究材料参数反求方法; ◆研究 DIC 与 FEA 仿真分析软件的直接比对;
◆大部分的工程项目始于原始的 CAD 模型。通常需要通过仿真来确保产品设计的性能与品质能否达 标。这些仿真必须输入边界条件和材料参数。在这个过程中 MI-VFM 可以帮助工程师获取准确的材料 参数以减少大量的实验验证过程; ◆当产品设计通过后,产品的原型将会被快速制造出来并进行一系列的测试。在测试过程中,实验优 化至关重要,此时 MI-FEDEF 和 MI-PA 将能够帮助工程师更高效的优化实验设计; ◆最终测试的目的是需要比对 DIC 测量结果与仿真结果在位移、变形、应变等方面的差异,由于 DIC 与 FEA 的网格节点、Filtering 等的不一致给两者比对带来很大困难。为此,MI-FEDEF 和 MI-FEAVAL 是 专业为解决这些问题而诞生的软件,借助这两个模块,用户可以轻松进行 DIC 测量结果与仿真结果的 场数据的比对与评估。
为了了解材料的力学性能和鉴定其参数,工程师们往往需要对所选材料做各种测试: (一)静态测试:单双轴拉伸,压缩,剪切,三点弯曲,断裂,疲劳,高低温变形等等等,利用 MatchID-2D/Stereo 全场应变测量和仿真优化系统可以快速测量到材料表面全场的 3D 位移、应变、应 力等等。
◆拉伸测试
◆压缩测试
MatchID 团队之一的南安普敦大学 Fabrice Pierron 教授所主持的 VFM(Virtual Fields Method)虚拟场参数反求法已经获得国际上广泛 的认可和应用,Fabrice Pierron 教授在国际上研究 VFM 技术领域处于 领先地位。其个人出版的 VFM 方面著作《The Virtual Fields Method 》 在业界具有广泛的影响力! MI-VFM 包含对众多材料的本构模型反求的专业模块,包含: 弹塑性材料 超弹性材料 粘弹性材料 粘塑性材料 ……
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