数字图像相关DIC技术在土木工程领域的典型应用

随着土木工程结构的日益复杂化和大型化，传统的应变测量方法（如电阻应变片、光纤传感等）在精度、效率和适用性方面逐渐暴露出局限性。而数字散斑相关图像测量技术（Digital Image Correlation， DIC）作为一种新兴的非接触式全场应变测量方法，近年来在土木工程领域得到了广泛应用。

新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统在土木工程领域的应用，可获得被测试件表面的全场变形，分析试样加载过程破坏过程中应变云图的演化规律，识别裂纹起始位置和裂纹扩展演化路径，可替代传统测量方法，适用于混凝土/岩石试样的压缩、弯曲、拉伸、劈裂等各类力学试验。

DIC技术在土木工程中的应用优势

高精度测量

DIC可实现亚微米级的位移测量和微应变级的应变测量，精度远超传统应变片。

全场测量

一次实验即可获取整个感兴趣区域的应变分布，无需布设大量测点，提高测试效率。

非接触式测量

不会对被测结构产生干扰，适用于高温、腐蚀、振动等复杂环境下的测试。

动态监测能力强

可实时捕捉结构在荷载、地震、风荷载等动态作用下的变形响应。

可重复性与灵活性高

测试过程灵活，可适应不同形状、尺寸的构件，且便于现场应用。

新拓三维数字散斑DIC技术典型应用案例

混凝土柱压缩360°测量

为了满足试件表面圆柱体曲率的360°全周测量需求，采用DIC多测量头方案，四个面共架设4组测量头，通过摄影测量技术将全局点坐标进行统一，以实现覆盖立柱体的 360°以及大视场范围的测量。

DIC系统四测头360°观测混凝土柱体

弹性阶段-DIC位移场分析

XTDIC三维全场应变测量系统按一定像素间隔对试件感兴趣区域（ROI）进行网格划分，对划分出的各目标点进行DIC计算，输出全场位移场数据。

360度测量3D位移场

裂纹扩展破坏阶段-DIC位移场分析

裂纹扩展破坏阶段-位移场分析

裂纹扩展破坏阶段-应变场分析

混凝土梁三点弯曲测试

通过三点弯曲加载，对大型混凝土梁抗弯性能进行测试，采用新拓三维DIC三维全场应变测量系统，获取位移场、应变场，以及裂纹萌生、扩展演化的趋势。

新拓三维DIC三维光学应变测量系统，对大型混凝土梁三点弯曲加载过程进行图像采集， DIC软件分析计算每个加载阶段结束后对应云图和实物对比云图。

930MPa阶段应变场

2115MPa阶段应变场

岩石力学性能测试

新拓三维XTDIC三维光学应变测量系统，已广泛应用于建筑工程材料测试，岩石压缩测试、岩石劈裂测试、岩石裂纹扩展测试等，获取岩石破坏演化过程的应变和位移数据，为土木工程结构安全评估提供数据支撑。

岩石压缩应变测量

采用XTDIC三维全场应变测量系统，搭配高速相机，以5000帧的非接触采集频率方式监测圆柱体岩石样本，同时进行压缩实验。在加载过程中，采用黑白点阵跟踪样本的变形。XTDIC三维全场应变测量系统用于不同载荷条件下岩石损害过程的图像处理、可视化和分析。

DIC技术分析其损伤应变场分布，压缩过程中其表面损伤应变较大的区域萌生出微裂纹，并且最终扩展成宏观主裂纹，其表面损伤应变较大的区域出现失稳，损伤应变场可用于分析岩石材料的损伤演化行为。

岩石压缩加载位移场

三维区域XYZ方向合位移云图

测量位置如上图所示，分析其表面点点之间距离变化，分析其受压时参数如下图：

竖向点点距离长度曲线

竖向点点距离相对变化曲线

横向向点点距离长度曲线

横向点点距离相对变化曲线

岩石巴西劈裂DIC测试应用

岩石巴西劈裂测试中，XTDIC三维全场应变测量系统搭配高速摄像机，高速拍摄岩石破坏过程图像，结合DIC软件分析可生成的载荷下定量全场应变图（拉伸、压缩和剪切），展示岩石破坏过程和应变演化过程。

高速相机采集岩石劈裂破坏过程图像

通过DIC软件分析发现，岩石材料劈裂过程中X/Y方向最大主应变，裂纹变化趋势明显，通过色谱图分析最大应变区域，分析裂纹演化以及具体数值。

岩石单轴压缩DIC测试

采用XTDIC三维全场应变测量系统搭配高速摄像机，以5000帧的非接触采集频率方式对试验过程开展全场应变观测，对比分析岩石试样的宏观力学参数、空间应变场演化规律与破坏模式。

XTDIC三维全场应变测量系统用于试验机载荷条件下岩石压缩破坏过程的图像处理、可视化和分析。

岩石压缩三维区域XYZ方向合位移云图

岩石压缩加载应变场云图