DIC技术在高温力学性能测量中的应用

高温力学性能是指高温下零部件因抵抗外力作用而产生各种变形和应力的能力，如强度、弹性、塑性等，其测试项目包括高温蠕变、持久强度、应力松弛、高温短时拉伸试验等。

在材料力学性能测量领域，对于高温应用场景，传统接触式测量方法无法实现1300℃以上的高温测量。传统DIC方法受设备、环境和操作等因素的影响，也容易引起误差或无法完成测量，其可能影响因素为：

▪ 高温炉窗口较小，双目DIC无法完成测量；

▪ 高温散斑质量差，易脱落；

▪ 试样温度上升后产生的红光影响图像采集；

▪ 温度过高导致试样本身发生热膨胀，引起变形测量误差；

▪ 测试舱内空气在高温条件下导致材料表面氧化，影响图像采集。

针对这些影响因素，我们从散斑制作、硬件操作、软件操作等三方面形成了一套标准化测量方案。自研“耐高温光路设计和表面处理方式”，可满足不同温度、不同加热方式、不同基材的测试需求；基于单目三维DIC技术的视频引伸计，可适配更小高温炉口；深度学习+DIC算法，自动对被测物标记完成快速识别，精度更高。

一．小视窗高温炉拉伸测试

温度直接影响高温拉伸性能，常见的高温炉为了保证炉内温度稳定，窗口设计狭小，采用双目DIC设备难以调整出合适的相机位置进行测量。

基于单目三维DIC技术的视频引伸计有效地解决了这个行业痛点问题，对于窗口大小的适配更加广泛（最小窗口尺寸10mm*80mm）。

1.试样准备

2.测试现场布置，测试温度300-900℃

测试数据

二. 2300℃超高温拉伸测试

该试验案例试样为碳纤维复合材料，需要测量在2300℃高温双向加载状态下的的力学性能。

试样表面使用耐高温材料制作标记点和散斑，可以保证试样在高温环境拉伸过程中不脱落，并能够被视频引伸计清晰的捕捉到，实时跟踪计算结果。

将测量头按照标准的摆放距离摆放在试验机前端，由于采用的是单目三维DIC技术，可以很容易从高温炉前方窗口看到试样及表面标识点，继而拍摄清晰的图片进行处理分析。

将采集到的图片使用Visual Extensometer 测量分析软件进行计算，获取到试样高温拉伸过程中的位移或应变时间曲线，试验结果可以实时传输给试验机中形成应力-应变曲线，通过布置耐高温散斑还可计算高温拉伸下的全场应变数据。

三．微小试样高温压缩测试

该高温压缩案例测试对象为横截面直径7mm的碳纤维筋材，测试难点在于如何保证压缩过程中散斑附着性及散斑跟踪计算准确性。针对此，我们采取了以下措施：

1. 采用自主研制的特殊技术散斑制备方法，制作对比度高、分布均匀的高质量散斑，提升辨识度；

2. 加装窄带滤光片、蓝光LED光源补光实现高质量散斑图片采集；

3.基于深度学习的自动识别算法，可自动识别跟踪标记点特征或被测物表面纹理特征，实现高精度全场应变测量。

三．1400℃高温蠕变试验

蠕变试验对于深入评估材料在持续应力和高温环境下的长期性能表现，起着至关重要的作用，尤其适用于航空发动机的涡轮叶片、化工设备的加热器管等需要在高温环境下工作的金属部件。试验难点在于随机图案的退化、热辐射和热霾。基于单目三维DIC技术的标准化高温测量方案在蠕变应变场测量中体现出了高重复性和可靠性。

1.试样及标记点处理

2. 试验设备布置及温度控制

3.应变和应变率随着温度和保载的增加而增加。

升温到1400度拉伸，拉断后试样高温标记点仍完好贴合。

3.数据记录

3小时状态

50小时状态