DIC技术在全场变形测量中的应用实验
一、DIC技术的应用
数字图像相关法(Digital Image Correlation Method，简称DICM)，又
称为数字散斑相关法(Digital Speckle Correlation Method，简称DSCM)，是
应用于计算机视觉技术的一种图像测量方法。随着现代的工业技术、科学研究的
飞速发展，在材料领域中，研究材料的位移和应变大小同时对材料的变形和力学
性能具有重要的意义。而传统的接触式测量工具和传统的光学测量方法，由于其
局限性已经不能再满足测量要求。数字图像相关法(Digital Image Correlation)
以其具备全场和局部变形测量、非接触测量、对场地要求不高、实现简单、应用
范围广的优点，成为研究材料位移和应变的大小新方法。它将物体表面随机分布
的斑点或伪随机分布的人工散斑场作为变形信息载体，是一种对材料或者结构表
面在外载荷或其他因素作用下进行全场位移和应变分析的新的实验力学方法。目
前DIC技术已经在电子封装、材料测试、断裂力学、航空航天、生物力学以及显
微测量等众多领域得到应用，取得了瞩目的成就。
二、实验目的
本课采用教学实验及实践活动形式，让学生熟悉DIC（Digital Image
Correlation， 数字图像相关）技术在全场变形测量中的作用及使用范围，了解
利用DIC技术进行变形测量的典型流程及软硬件的使用方法，掌握利用DIC专用
软件Vic-Snap, Vic-2D 及Vic-3D的操作方法并通过软件计算获得需要的实验
结果，对实验结果进行必要的后处理以获得更多的变形信息。加强和巩固对工程
材料、材料力学、成形技术等课堂上所学的理论知识，拓展学生的科研思维，培
养学生综合应用所学知识、分析和解决工程实际问题的能力。由于其适用性广，
可测量并获得任意试样形状或零件的表面变形信息，为研究生的相关科研研究提
供一种强大的技术支撑及实验手段。
三、实验内容
1. 准备试样
a) 利用线切割手段，按照GB/T 228-2002标准切制试样，试件编号为1-1和
1-2；
b) 利用香蕉水或三氯乙烷将试样表面清洗干净，清除试样表面的细小毛屑;
c) 进行试样标号，用千分尺及游标卡尺测量并记录试样初始几何参数，如宽
度、厚度等；
d) 在试样需测试表面喷涂均匀的哑光白底漆，放置在阴凉通风处晾干，均匀
喷洒哑光黑色散斑于哑光白底漆上，并晾干。所得散斑形貌如图1所示。
图1. 试样测试区域的散斑图
2. 搭建实验台
a) 将喷漆处理好的试样装夹在拉伸机的液压夹具上，确保试件竖直夹在夹具
上，以免产生非轴向力。
b) 架设DIC设备，将工业摄像头装在三脚架，通过数据线和数据采集卡将采
集计算机与摄像头相连，使镜头视场正对试样。
c) 调节摄像头的光圈及焦距。打开图像采集软件Vic-Snap，对于二维DIC测
试系统，仅需采用一个工业摄像头，调节摄像头的光圈及焦距直至Snap
软件得到最佳的质量图像为止（Vic-Snap软件可对拍摄到的散斑图像的质
量进行衡量）
3. 拉伸实验并拍摄记录实验过程
设置好拉伸机的实验参数及DIC摄像头的采样频率，同时启动拉伸机和DIC
设备进行实验，用DIC设备记录实验整个过程。
四、试验数据处理
1.DIC软件计算
将记录的数字图像导入DIC专用软件进行计算，获得实验结果。其中，二维
DIC测试系统采用Vic-2D软件进行计算。计算完成后提取所需的数据进行分析。
2.数据处理——基于二维DIC的金属薄板单向拉伸实验。
（1）应力应变曲线
从拉伸机中提取试件1-1和试件1-2的应力应变曲线。但提取的工程应变和工程
应力的关系，但实际拉伸过程中试件的截面在不断变化，最后产生颈缩，工程应
变不能真实的反应材料的强度等性能。由ε
T=ln(1+ε) 和 σT
=σ(1+ε)计算
出材料的真实应变。
图2.试件1-1的工程应力应变曲线
图3.试件1-1的真实应力应变曲线
图4.试件1-2的工程应力应变曲线
图5.试件1-2的真实应力应变曲线
提取的试件材料的基本力学参数：抗拉强度、均匀延伸率及断裂延伸率如下
表所示。
表1.材料的基本力学参数
材料 抗拉强度（MPa） 均匀延伸率（%） 断裂延伸率
（%）
QP1-1 1019.5 10.9 16.0
QP1-2 1036.3 9.7 13.7
（2）关键截面的应变分布
图6.试件1-1关键截面的应变分布
0
0.1
0.2
0.3
-40-30-20-100
主
应
变
位置L(mm)
图7.试件1-2关键截面的应变分布
从试件1-1和1-2的关键截面的应变分布可以看出，随着拉伸的进行，试件
各位置的应变不断增大，试件发生颈缩以后，颈缩带处的应变急剧增大，而其余
位置的应变基本不变，直至试件破裂。
（3）颈缩点的应变历史
图8.试件1-1颈缩点的应变路径
以试件1-1为例，从其应变历史可以看出，颈缩点的主应变不断增大，且随着
时间的推移，达到颈缩状态的时候，应变速率急剧增大，与理论知识吻合。
（4）变形过程云图
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
-20-15-10-505101520
主
应
变
位置L(mm)
-0.0100.010.020
0.1
0.2
0.3
020406080
次应变主
应
变
时间t(s)
主应变
应变速率
图10.试件1-1的变形云图 图11.试件1-2的变形云图
五、试验感想
在这次实验中，通过博士的详细的操作和讲解，我们首先了解了拉伸机的优
秀性能和该设备在该实验领域的重要作用，随后喷漆环节需要精细的操作，因为
喷漆后的每个黑点都不能太大也不能太小，且要分布均匀；接下来进行拉伸实验，
装夹试件；将摄像头对准试件，开始拉伸，随着拉伸力的渐渐增大，试件开始拉
长，最终沿着截面45°角断裂，此时获得一个拉力时域图。随后通过比对一个
均匀分布的点的面板，算出截面的大小；进行下一步的分析计算。
这次实验是一门理论性和实践性都很强的实验课，它需要数学、物理学、电
子学、力学、机械等知识，同时还要掌握各种物理量的变换原理、各种静态和动
态物理量（如力、振动、噪声、压力和温度等）的测定，以及实验装置的设计和
数据分析等方面所涉及的基础理论。许多测试理论和方法只有通过实际验证才能
加深理解并真正掌握。这次实验就是使我们加深理解所学的知识和DIC技术应用。
通过本门课程实验，我学到了以下几点：
1、了解DIC技术的应用。
2、 学习了如何应用参考来解决问题；
3、 培养在实践中研究问题，分析问题和解决问题的能力；
在日后工作学习中，我们必须认识到实验重要性，用实践来验证理论，通过
实践中加深对理论知识的理解和掌握。实验是我们快速认识和掌握理论知识的一
条重要途径，也是我们获取新的知识的重要来源。