DIC技术助力金属管材全场应变测量：高效解决方案

在石油管道、汽车排气系统、航空航天液压管路等工业场景中，金属管作为关键承力部件，其拉伸性能（如弹性极限、颈缩行为、断裂韧性）直接影响结构安全性和使用寿命。

实际应用中，选用合适的管材非常重要，通过静态试验如拉伸、压缩或动态试验如疲劳、高速冲击等评估材料的整体性能，为管材选择以及确保管材的安全性、可靠性提供理论依据。

一、方案背景

金属管材力学性能直接影响安全性和可靠性。传统的测量方法难以捕捉全场应变分布，因为其局限性在管材力学性能测试方面有诸多限制。

DIC技术具有非接触、全场测量、极端环境适用等特点，尤其适用于分析复杂载荷下的非均匀变形、局部应变集中和动态响应，可定位应变集中区域，输出应变-时间曲线，在管材力学性能定量测量和分析中具有显著优势。

二、DIC技术应用的重要性

• 全场应变映射：实时输出金属管表面的全场位移场与应变场（包括轴向应变、横向收缩应变）；

• 失效机理研究：通过全场应变分布揭示颈缩起始位置、裂纹扩展路径的微观机制。

• 材料性能验证：提取沿管材中心线的线应变分布曲线，定位应变集中区域，修正有限元仿真中的本构模型参数

三、金属管拉伸变形DIC测量

试验系统

万能试验机、新拓三维XTDIC双目DIC测量系统、计算机以及DIC测试分析软件。

试验目的

利用万能试验机，结合DIC实验技术方法测试圆管样品拉伸过程中的表面应变。

四、DIC测试分析结果 

1、全场位移与应变场重建

位移场（轴向位移）：颜色映射显示最大位移15mm（断裂前瞬间）。

应变场（轴向应变）：高应变区（红色）集中在颈缩区，最高应变35%。

金属管变形应变场&金属管变形位移场

2、线应变分布曲线

提取方法：沿金属管中心线设定纵向积分路径，统计平均应变。

曲线特征：初始均匀应变、颈缩区突变、断裂点峰值。

线应变曲线

3. 关键点应变-时间曲线

监测点：颈缩区中心点、夹持端参考点。

曲线分析：关键点应变速率在断裂前内急剧上升，斜率变化率提示断裂风险。

（附：时间-应变曲线，标记屈服点、颈缩起始点、断裂点）

关键点应变曲线

五、实验结论 

采用新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统，实现了金属管拉伸至断裂的全场高精度监测。软件输出的应变场云图与断裂判据参数，为材料本构模型修正与结构安全设计提供了直接依据。

1、实时输出金属管表面的全场位移场与应变场（包括轴向应变、横向收缩应变）。

2、提取沿管材中心线的线应变分布曲线，定位应变集中区域。

3、分析特定关键点（如断裂起始点）的应变-时间曲线，研究材料屈服至断裂的演化规律。