西博三維掃描儀(圖)|土木非接觸式全場應(yīng)變|非接觸式全場應(yīng)變

一種基于DIC技術(shù)識別焊縫材料參數(shù)的新方法

引 言

激光拼焊板是指將兩塊或兩塊以上的薄板在沖壓成形前用激光焊接在一起，然后進行成形，以滿足不同部位零件的性能要求[18]。隨著現(xiàn)代社會對環(huán)境保護、資源節(jié)約和可持續(xù)發(fā)展的重視。航空和汽車業(yè)促進了重量輕、高性能和低成本技術(shù)的發(fā)展。拼焊板的應(yīng)用正是適應(yīng)了社會發(fā)展的潮流，可以降低重量及成本，從而使拼焊板技術(shù)成為汽車制造業(yè)和航空業(yè)最有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N技術(shù)[1]。而雙相鋼（DP鋼）由于很高的強度和延展性，非接觸式全場應(yīng)變，在汽車工業(yè)中運用的越來越多[8]。

目前，國內(nèi)外有關(guān)激光拼焊板力學(xué)性能研究的報道不多，尤其是高強度鋼板激光拼焊板的研究就更少，只有少部分學(xué)者對其進行了研究，土木非接觸式全場應(yīng)變，并取得了一定的研究成果。香港理工大學(xué)的C.H.Cheng [6-7]利用激光在焊縫區(qū)域打上直徑為1mm和深度為10um的圓形柵格，并且為了盡量減少母材和HAZ區(qū)域的影響，其切割出的拉伸試件寬度只有1.5-2mm，在拉伸的過程中，有一個實時攝像記錄系統(tǒng)，記錄下試件上的柵格變化和拉伸機的載荷變化，非接觸式全場應(yīng)變廠家，利用塑性體積不變假設(shè)，汽車非接觸式全場應(yīng)變，可以得到焊縫區(qū)域的真實應(yīng)力應(yīng)變曲線，這種方法的缺陷就是激光產(chǎn)生的柵格對焊縫力學(xué)性能會有很大的影響。A. Reis 和A.P. Roque [9-10]利用屈服應(yīng)力和材料硬度的比值關(guān)系，得到低碳鋼拼焊板的各區(qū)域的材料參數(shù)。S. Brauser[11]利用DIC技術(shù)記錄焊點的局部和全場應(yīng)變分布。V. Sic[12]利用DIC記錄SS（超高強鋼）在拉伸過程中的各區(qū)域的詳細的應(yīng)變變化。

國內(nèi)也有部分學(xué)者對拼焊板的力學(xué)性能和成形性進行拼焊板平面應(yīng)力狀態(tài)本構(gòu)關(guān)系，張士宏[13]等通過橫向和縱向拉伸試驗對拼焊板的塑性變形能力進行了測試和分析研究。同濟大學(xué)的林建平和孫東繼[14-15]等人基于一系列的假設(shè)和彈塑性形變理論，推導(dǎo)出焊縫對拼焊板縱向拉伸成形性能的影響規(guī)律和拼焊板平面應(yīng)力狀態(tài)本構(gòu)關(guān)系。上海交通大學(xué)的施欲亮[16]對拼焊板輕量化進行了優(yōu)化設(shè)計研究，并提出了一種新型焊縫單元。陸鵬等人[17]利用DIC技術(shù)對焊點在均勻熱載荷下的變形進行了分析。

圖3 DIC測試系統(tǒng)

系統(tǒng)應(yīng)用介紹

系統(tǒng)采用非接觸式光學(xué)測量方法，可準確測量物體的空間三維坐標(biāo)、以及載荷作用下的位移及應(yīng)變等數(shù)據(jù)，應(yīng)用范圍包括：

 物體表面輪廓測量（三維坐標(biāo)、形貌測量、逆向工程等）

 材料性能測試試驗（楊氏模量、泊松比、彈塑性等）

 振動模態(tài)分析試驗（穩(wěn)態(tài)振動、非穩(wěn)態(tài)振動）

 高速變形測試試驗（爆？、沖擊等高速測試）

 疲勞、斷裂試驗（疲勞、裂紋生長等）

 殘余應(yīng)力分析

 生物力學(xué)測試（血管、肌肉、骨骼）

FLC成形極限曲線測定

 ……

光學(xué)體式顯微鏡測量板料液壓脹形試驗的三維全場變

試驗?zāi)康模簻y量了金屬板料液壓脹形試驗的三維全場動態(tài)變形，測量視場：1毫米*1毫米，檢測板料的成形性能。

試驗設(shè)備：

顯微數(shù)字圖形相關(guān)法全場應(yīng)變測量分析系統(tǒng)

試驗內(nèi)容：

實驗中的醉大液壓壓強為55MP，圓形不銹鋼試件的直徑為2mm，體視顯微鏡視場為1mm*1mm。

圖1 試驗現(xiàn)場圖片

圖2 噴完散斑后不銹鋼試件圖片

圖3 軟件主界面

圖4 試驗中某一狀態(tài)的位移場圖

圖5 試驗中某一狀態(tài)的醉大主應(yīng)變圖

圖6 重建后的試件三維表面