数字图像相关（DIC）技术：汽车板料成形极限（FLC）的精确测量与分析

新材料在汽车车身及安全件上的应用，是实现汽车轻量化的主要方向。相变诱导的高强度与高成形性的结合，是汽车零部件高性能成形制造的关键。

然而，新型材料在不同加载条件下的硬化曲线存在极大差异，板料在零部件成形过程中往往会经历复杂的应变路径，对现有的力学表征方法和经典本构模型提出了新的挑战与要求。

因此，亟需先进的表征方法进行精确测定与准确描述，以实现对冲压成形过程各种缺陷，如起皱、回弹、颈缩及断裂行为等进行分析。

新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统，基于数字图像相关法(DIC)，可记录材料全历程的变形历史，提供更丰富的表面应变分布信息，可评估材料的成形性能，并基于DIC方法给出评估材料成形性的合适指标。

在汽车零部件冲压生产过程中，成形极限是冲压过程中一个非常重要的表征参数，它反映了板料在塑性失稳前所能达到的最大变形程度，是各种不同成形工序能否顺利成形的重要依据。

DIC技术用于板材成形极限测试

成形极限在板材成形、冲压工艺中发挥着至关重要的作用，主要有以下几方面：

（1）评定板材局部成形性能；

（2）判断设计的模具结构，冲压工艺是否可行；

（3）解决选材问题及毛坯确定；

（4）对冲压生产进行监控；

（5）判断数值模拟中板料失稳。

板料成形极限FLC分析建立在材料屈服准则和塑性本构关系之上，同时以拉伸失稳准则为颈缩或破裂判断的依据来进行计算。但由于每种准则使用范围有限，使得理论计算与试验结构之间存在一定的偏差。

采用新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统，结合Nakazima成形实验，DIC技术可进行材料冲压成形过程的动态监控，分析汽车板料在冲压成型过程中表面整体的瞬时位移场和应变场，并可精准分析局部颈缩的极限状态。

DIC技术用于板料成形极限测试实验

采用Nakazima实验，凸模冲压带有网格的板料直至出现颈缩或破裂。凸模冲压过程会改变板料的尺寸，XTDIC三维全场应变测量系统可以实时观测板材的应变状态，DIC软件通过计算分析可获得不同应变路径下的极限应变，从而制作出完整的成形极限FLC曲线。

凸模冲压试验机上方单元开放，方便XTDIC三维全场应变测量系统进行图像采集；并在试验机平台上预留接口，保证悬臂梁机构的架设；XTDIC三维全场应变测量系统与悬臂梁配合实现俯拍，保证实验的顺利进行。

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板材成形极限测试试样准备

测试对象为某种合金材料，厚度为2mm，按照国标要求进行加工，并在样件表面制备散斑。

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DIC测量系统搭建

将XTDIC三维全场应变测量系统主体安装到悬臂梁上。在球头顶部、试样背面涂抹润滑脂，裁剪一块薄膜粘满润滑脂后放置于球头表面，形成双润滑作用，然后将试样放置于实验平台内。

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试验加载采集

实验中设置压边力为200KN，冲头速度1mm/s，XTDIC三维全场应变测量系统相机采集速度为20帧/秒。球头与式样接触上后开始采集，直到破坏。

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实验数据分析

采集数据完毕后，XTDIC三维全场应变测量系统搭配的DIC软件自动生成三维变形云图，包括破裂临界时的形貌和离面位移场、主应变场。DIC软件中选择“截线拾取”，可画取垂直于裂缝的截线，并绘制相应曲线，确定板料成型过程的极限。

新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统，在材料成形极限领域的应用，它无需预判破裂位置，能一次完成多方向应变量的测量；能够自动提取关键信息，并生成Major strain——Minor strain曲线的数据点；适用于线性应变路径和非线性应变路径的极限成形试验数据测量。

DIC技术可提供精确的实验数据，助力汽车产业优化结构设计和材料选择，从而有效降低产品的重量，同时保持或提高产品的性能和安全性。