使用数字图像相关法进行中等应变率下的材料表征

材料的力学性能取决于加载速率。本方案可用于获取材料在中等应变率下的力学行为。该技术的主要优势在于，可结合非接触式全场应变测量技术，利用高速相机捕捉材料表面应变，从而实现对材料性能的表征。

材料在中等应变率下的表征通常需要处理结果中出现的不希望有的振荡现象，即“振铃”效应，应通过合理的试样设计和测试方案避免该现象。在开始实验之前，根据国际标准化组织（ISO）参数制备哑铃形拉伸试样。随后，对试样表面进行喷涂，以呈现高对比度的特征。

将对比度图案与相机图像传感器尺寸相匹配，例如每个暗对比度特征由大约三个或更多像素组成，然后将样本放置一旁，待油漆干燥。当样本准备就绪后，打开控制台电源，并在开启计算机之前，确认从泵到高速框架的隔离阀处于打开状态。从桌面启动控制器应用程序，选择高速计算位移 cfg 配置，然后单击重置，以清除联锁一。

启动液压泵，然后依次打开各服务歧管，待低压指示灯停止闪烁后，再按下每个歧管的高压指示按钮。启动测试设计软件，确认液压泵和第一路高压服务歧管已开启。然后依次点击“文件”、“新建”、“从模板创建测试”和“自定义模板”，并选择拉伸测试。

进行应变片安装时，将载荷架横梁控制开关设置为低速率，并根据导线颜色将试样应变片的导线与测试腔内应变片接线盒的导线连接。随后，在控制器应用程序中的辅助输入和应变一通道下，选择应变的最大量程。接下来，启用手动控制，并将横梁位置设为负125毫米的完全伸展位置。

取消勾选“启用手动命令”复选框，并取消勾选“独占控制”框。可使用弹性绳将松弛的适配器固定在缩回位置，以便为安装试样留出空间。使用安装夹具将试样在夹具内对齐。

按下钥匙图标以激活手持装置，并确认软件中的独占控制框未被选中。确保顶部夹具处于松开状态，以防止对试样施加不必要的载荷，并取下弹性绳。按下轮子图标以激活控制器，然后缓慢滚动轮子，使压头下降，直至松配合适配器的底臂几乎完全缩回为止。

再次按下钥匙图标，以取消激活手持装置，并使用手动控制勾选独占控制框，将夹头精确移动至负125毫米位置。使用扳手和钥匙旋转松动调节器，以拧紧上部夹具，同时避免试样发生扭转；检查松动调节器与中间横梁之间的螺旋垫圈，确保垫圈已紧固，且加载路径上无任何轴向间隙。随后，将设备返回至高速状态，并确保防护罩门已紧密关闭。

为设置用于数字图像相关的仪器，打开高速成像查看软件，先点击“检测”再保存设置。点击相机选项，选择输入-输出选项卡以设置外部信号。为设置帧率和帧分辨率，点击变量，将相机频率和数据采集箱的采集速率设置为与加载框架中的高速数据采集系统相同的数值。

然后，在高速成像查看器中打开高速数据采集，并选择所需的通道和每帧采样数。要运行测试，请打开拉伸试验，选择“新建测试运行”以输入有效的文件名。根据需要修改各项参数，然后单击“确定”。

对于斜坡速率，选择期望的名义头部速度，然后点击“确定”。随后会显示一系列提示，提醒用户应检查关键硬件，之后可通过点击运行图标来启动测试。在控制台上，按下并按住臂部蓄能器充电开关以启动系统。

然后，按下“开始”按钮以完成测试。测试速度应根据实际情况确定，例如在汽车碰撞模拟中，可采用约八米每秒的速度。对于数据分析，将载荷框架计算机中的原始数据导出至所选的后处理软件，并确定试样在标距段上发生断裂的位置。

将应变场限制在破坏截面附近的局部区域，并测量和记录该局部区域的应变。然后，根据测量结果绘制应力-应变曲线。这两项测试均正确执行，但直接从加载框架力传感器提取的载荷数据无法在本测试中使用，因此需要采用替代的载荷测量方法，例如通过标签截面应变片测量。

然而，在此测试中，载荷框架的原始载荷数据与应变片测得的载荷高度一致。图中展示了狗骨状铝合金试样在测试过程中整个标距段应变场随时间演变的典型数字图像相关结果。试样在任一横截面上的应变分布均匀，表明测试过程中的加载和数据分析是准确的。

最后一张图像中数字图像相关技术的失效是由于试样在断裂区附近发生严重缩颈，导致表面涂层剥落，这种情况在断裂前不可避免。通过数字图像相关技术和载荷框架横梁位移数据获得的这些应力-应变曲线，展示了整个标距段的平均应力-应变响应，证明了该技术的有效性，并表明两种方法的结果具有良好的一致性。对结果的全面评估确保了该实验方案在有效假设的范围内得以执行。

例如惯性主导区域或无滑移条件和夹具。通过该方法，可在多种材料上进行一系列不同的力学表征测试，如剪切、弯曲、穿刺或压缩测试。该技术填补了准静态测试与超高应变率表征技术之间的空白。

使我们能够全面表征材料在不同应变率下的行为特性。