DIC系统经常被用于橡胶、塑料、柔性材料和复合材料的大变形测试。

与固定标距的接触式测量方式不同，DIC通过持续跟踪试样表面的散斑特征计算位移，因此具有较大的变形测量范围。

但DIC能够测量的最大应变，并不是只由软件参数决定，也不能简单用一个统一数值概括。

实际测量能力取决于：

▪ 散斑在变形后是否仍然可识别；

▪ 试样是否始终位于测量视野内；

▪ 相邻图像之间的变形是否过大；

▪ 试样是否发生明显离面运动；

▪ 图像分辨率和成像质量是否足够；

▪ 计算区域是否出现裂纹、遮挡或反光；

▪ 试样变形是否保持连续。

因此，判断一套DIC系统是否适合大变形测试，应结合整个测量过程，而不是只看参数表中的最大应变范围。

为什么DIC适合大变形测量？

DIC测量不依赖安装在试样上的机械式传感结构，也不要求标距始终保持固定形状。

只要试样表面的散斑能够持续被识别，软件就可以跟踪不同区域的位置变化。

对于橡胶、薄膜、柔性电子材料和软组织模拟材料，试样可能同时发生：

▪ 大幅伸长；

▪ 横向收缩；

▪ 局部颈缩；

▪ 应变集中；

▪ 翘曲；

▪ 形状变化。

DIC可以在同一组图像中获取不同区域的变形结果，从而分析整体变形是否均匀、局部颈缩从什么时候开始，以及最终断裂位置是否与前期应变集中区域一致。

影响DIC大变形测量的因素有哪些？

1. 散斑能否随试样同步变形

大变形测试中，散斑需要跟随试样表面一起拉伸。

如果散斑涂层过硬，而试样本身非常柔软，随着试样拉伸，涂层可能开裂、脱落或形成与材料无关的纹理变化。

此时，DIC跟踪到的可能不是材料真实变形，而是涂层破坏过程。

对于橡胶、薄膜等柔性材料，散斑需要具备足够的附着性和柔性。

初始状态下散斑清晰，并不代表在数倍伸长后仍然有效，因此正式测试前应进行全程预试验。

2. 散斑拉伸后是否仍有足够特征

试样被大幅拉伸后，原本接近圆形的散斑可能逐渐拉长，散斑间距也会增大。

如果初始散斑过大或过于稀疏，变形后可能出现大面积纹理不足，导致图像相关失败。

如果散斑过小，在当前视野下只占少量像素，同样不利于稳定识别。

合理的散斑设计，需要保证从试验开始到结束，计算区域内始终具有足够数量、分布随机的灰度特征。

3. 试样是否会移出视野

试样伸长后，目标区域的位置和尺寸都会变化。

如果初始视野只刚好覆盖试样标距，拉伸过程中试样两端或关键区域可能逐渐移出画面。

视野设计不能只根据试样初始尺寸，还需要预估：

▪ 最大伸长量；

▪ 横向收缩；

▪ 试样整体移动方向；

▪ 夹具附加位移；

▪ 可能的断裂位置。

但视野预留越大，单位长度分配到的像素通常越少。因此，大变形测量需要在覆盖完整过程和保留空间分辨率之间进行平衡。

4. 相邻图像之间的变化是否过大

DIC算法需要在连续图像之间识别同一区域。

如果加载速度较快，而相机采样频率较低，相邻两帧之间的散斑可能发生过大位移或形变，软件就难以建立稳定对应关系。

同样是500%的最终应变：

缓慢拉伸到500%，可能使用较低采样频率；

短时间内快速拉伸到500%，则对相机帧率、曝光时间和照明提出更高要求。

因此，采样频率应根据单位时间内的变形量确定，而不是只根据最终应变大小选择。

5. 是否存在明显离面运动

许多柔性材料在大变形过程中不仅会拉长，还可能发生翘曲、鼓起、扭转或向相机方向移动。

如果使用二维DIC，离面运动可能导致图像比例变化，并被误认为面内变形。

以下情况需要考虑三维DIC：

▪ 薄膜出现起皱；

▪ 橡胶试样发生弯曲；

▪ 软材料受压后向外鼓起；

▪ 试样表面本身为曲面；

▪ 试验过程中发生扭转；

▪ 需要获得Z方向位移。

大变形并不一定必须使用三维DIC，但需要先确认试样是否能够保持近似平面状态。

6. 计算区域是否保持连续

DIC算法通常假设同一个区域在前后图像中仍然可以被识别。

试样发生裂纹、断裂、折叠或严重遮挡后，部分区域会失去连续性。

裂纹张开后，如果计算区域同时跨越裂纹两侧，软件可能无法继续建立可靠的对应关系。

因此，断裂试验需要区分两个目标：

一是测量断裂前的连续变形；

二是分析裂纹出现后的位移不连续。

不同目标需要采用不同的计算区域和分析方法。

最大应变参数越大，系统越好吗？

不一定。

最大应变范围只是DIC系统能力的一部分。对于实际测试，更重要的是：

▪ 在目标应变范围内能否持续稳定计算；

▪ 变形后散斑是否仍然清晰；

▪ 局部应变集中能否被分辨；

▪ 横向收缩是否能够同时测量；

▪ 试样是否会移出视野；

▪ 快速变形是否产生运动模糊；

▪ 结果是否具有重复性。

如果系统标称应变范围很大，但测量视野、散斑方案和采样频率与试验不匹配，实际计算仍可能在中途失效。

大变形DIC应该如何设计？

▪ 根据最大变形状态确定视野

视野应以试样变形后的最大尺寸为依据，同时为整体移动、夹具位移和断裂位置预留空间。

▪ 根据目标区域配置分辨率

如果只需要整体应力—应变关系，可以适当扩大视野。

如果还需要分析局部颈缩、孔边应变和缺口损伤，就要保证这些区域具有足够像素。

必要时可以采用不同视野或多相机组合，兼顾整体变形与局部细节。

▪ 根据变形速度选择采样频率

缓慢大变形与高速大变形是两类不同问题。

高速情况下，除了提高帧率，还要控制曝光时间，避免散斑在单帧图像中形成拖影。

▪ 根据材料选择散斑方式

刚性材料适用的散斑方案，不一定适合柔性试样。

大变形散斑需要同时考虑附着力、柔性、对比度和变形后的纹理状态。

▪ 进行全程预试验

大变形测试的问题往往出现在试验后半段。

预试验应覆盖接近最大应变的过程，检查视野、散斑、曝光和相关性是否能够保持稳定。

海塞姆如何配置大变形DIC方案？

海塞姆科技DIC视觉应变测量系统可用于小应变到大变形范围的材料测试，适用应变范围可覆盖0.005%至2000%。实际配置仍需根据试样尺寸、材料类型、变形速度和测量视野确定。

这一范围并不意味着所有试样都可以使用同一套相机和镜头完成测量。

例如：

▪ 橡胶大幅拉伸需要重点解决散斑随动、视野预留和横向收缩；

▪ 薄膜和柔性材料可能同时出现褶皱和离面运动；

▪ 高速拉伸需要兼顾帧率、曝光时间和光照强度；

▪ 局部颈缩研究则需要保证目标区域具有足够的空间分辨率。

海塞姆在大变形项目中，通常会先根据试样初始尺寸和最大变形状态确定测量视野，再配置相机、镜头、采样频率和散斑方案。

如果试样能够始终保持近似平面，可采用二维DIC进行面内变形分析；如果试样会发生鼓起、翘曲、扭转或曲面变化，则可以采用单目三维或双目三维DIC方案。

对于快速拉伸、冲击和动态大变形过程，还可配置单目三维高速视觉应变测量方案，在提高采样频率的同时获取试样表面的空间变形数据。

系统可在试样表面设置多个分析区域、路径和标距，同时输出轴向、横向和局部区域的变形结果，帮助用户分析整体伸长、横向收缩、局部颈缩和最终破坏之间的关系。

DIC大变形测量适用于哪些材料？

常见应用包括：

▪ 橡胶和弹性体；

▪ 塑料薄膜；

▪ 柔性复合材料；

▪ 纺织材料；

▪ 高分子材料；

▪ 泡沫材料；

▪ 柔性电子器件；

▪ 生物组织模拟材料；

▪ 密封件和减振件；

▪ 大变形结构件。

不同材料的表面状态和变形模式差异较大，需要分别配置光学系统和散斑方案。

常见问题

▪ DIC大变形测量需要固定标距吗？

不需要依赖机械固定标距。可以根据分析需求，在试样表面设置不同测量区域、路径和标距。

▪ 应变达到多少以后DIC会失效？

没有适用于所有试验的统一数值。是否失效取决于散斑、视野、采样频率、图像质量和变形连续性。

▪ 为什么大变形后云图出现空白区域？

可能是散斑特征不足、局部反光、试样移出视野、相邻帧变化过大，或者区域发生裂纹和遮挡。

▪ 大变形测试一定需要高速相机吗？

不一定。是否需要高速相机取决于变形速度，而不是最终变形总量。