非接触式应变测量系统

 非接触式应变测量系统比利时MatchID NV公司是由比利时鲁汶大学光学图像分析技术研究团队，FEA数值模拟研究团队和英国南安普敦大学VFM（Virtual Fields Method）虚拟场计算方法研究团队组建的横跨光学测量，材料参数鉴定与计算，有限元模拟等多学科领域应用研究的高科技公司。
 比利时MatchID NV公司的光学图像分析技术研究团队所研究的对象涉及到基于Subset的局部DIC技术、基于网格MESH-BASED的全局DIC技术、Grid网格法技术等等。

  非接触式应变测量系统比利时MatchID公司经过10多年的科研创新，推出了具有创新性的产品MatchID-2D/3D实测与仿真优化分析系统。MatchID-2D/Stereo系统的创新性在于成功将实测技术DIC+Grid、参数反求技术VFM，有限元仿真FEA优化比对技术三大技术整合到统一的平台：
◆MI-DIC技术可以测量物体的全场3D位移、应变场和计算应力场；
◆MI-VFM材料本构方程反求模块与MI-DIC无缝连接，支持对弹塑性、超弹性、粘弹性和粘塑性本构反求，为有限元仿真提供更加的材料模型；
◆MI-FEAVAL有限元验证与评估模块，支持自动提取ABAQUS，ANSYS,HYPERRWORKS,SiemensNX等分析软件的网格数据和结果文件等数据与MI-DIC测量结果进行统一坐标，统一网格与统一滤波条件（subset, step, strain window, shape functions, interpolation）的准确比较，达到修正FEA模型目的，给出专业的评估报告。

创新MatchID-2D/3D实测与仿真优化分析系统可以应用于整个产品的研发过程。

◆大部分的工程项目始于原始的CAD模型。通常需要通过仿真来确保产品设计的功能。这些仿真必须输入边界条件和材料参数。在这个过程中MI-VFM可以帮助工程师获取准确的材料参数以减少大量的实验验证过程；

◆当产品设计通过后，产品的原型将会被快速制造出来并进行一系列的测试。在测试过程中，实验优化至关重要，此时MI-FEDEF和MI-PA将能够帮助工程师更高效的优化实验设计；

◆测试的目的是需要比对DIC测量结果与仿真结果的位移、变形、应变等的差异，由于DIC与FEA的网格节点、Filtering等的不*给两者比对带来很大困难。为此，MI-FEDEF和MI-FEAVAL是专业为解决这些问题而诞生的软件，借助这两个模块，用户可以轻松进行DIC测量结果与仿真结果的场数据的比对与评估。

MatchID-2D/Stereo系统目前应用领域遍及材料力学，疲劳及断裂力学，结构力学，破坏力学，冲击力学，振动力学，微纳米力学，生物力学等等。广泛的科研工作者和工程师们利用其非接触式和全场测量方式，在常规的材料和结构变形测量中替代传统应变片，LVDT等工具进行应变、位移测量；对于大变形，高低温应变，非均质材料应变，冲击变形等领域，MatchID更是他们*的测量工具。

MI-DIC具有以下特点：
◆测量3D位移场、应变场、应力场
◆动力学分析：速度场、加速度场和应变率场
◆FFT振动模态分析
◆分辨率与信号分析
◆空间分辨率评估
◆曲面质量分析
◆边界数据计算
◆VSG Study
◆开放二次接口

为了了解材料的力学性能和鉴定其参数，工程师们需要对所选材料做各种测试：

 （1）静态测试：单双轴拉伸，压缩，剪切，三点弯曲，断裂，疲劳，高低温变形等等等，利用MatchID-2D/Stereo全场应变测量和仿真优化系统可以快速测量到材料表面全场的3D位移、应变、应力等等。

DCO1钢材任意点的真实应力应变曲线测量

岩土三轴实验，主应变E1云图，左边为2D显示，右上图为3D显示，右下图为2.5D变量图；

疲劳裂纹扩展实验，Eyy云图和曲线；上图为横跨裂纹的空间变化曲线，下图为时间变化曲线

石墨1600度实验，Eyy云图和曲线

 （2）动态测试：高应变率拉伸压缩、疲劳、冲击测试（霍普金斯杆冲击）等等。
目前，高速摄影机采样率可达10MHz. MatchID-2D/Stereo全场应变测量与仿真优化分析系统搭配高速摄影机可以*记录下一些如高速拉伸压缩试验，Hopkinson Bar 试验，振动，冲击等实验中物体表面影像，利用DIC计算获得位移场、应变场、应力场，再利用MI-VFM反求材料本构关系公式，特别是塑性阶段。

高速相机：

◆拥有高分辨率和高采样特征；

◆分辨率2048x1536

◆满屏下频率5KHz—8.25KHz

◆内存36GB起
◆支持各大高速相机

超高速相机Kirana特点：

◆分辨率始终保持924x768

◆满屏分辨率下速度可达1MHz-10MHz

◆每个事件保存180帧

新型汽车材料高应变率拉伸测试，从左边云图依次为Von Mises应变，位移V云图；右边为Von Mises应变，位移V时间曲线；

混凝土材料动态性能测试，采用Kirana超高速相机，采样频率1MHz采集图像；Von Mises应变云图；右边曲线上图为时间变化曲线，下图为横跨裂纹的空间变化曲线；

在利用MatchID-2D/Stereo全场应变测量和仿真优化系统快速测量到材料表面全场的3D位移、应变、应力等等后，工程师可以直接利用MatchID-2D/Stereo软件中的MI-VFM模块反求材料的本构模型的参数，其反求出来的材料模型可以直接导入到ANSYS,ABAQUS等有限元软件中。
MatchID团队之一的南安普敦大学Fabrice Pierron教授所主持的VFM（VirtualFields Method）虚拟场参数反求法已经获得上广泛的认可和应用。

MI-VFM特点：
◆支持弹塑性、超弹性、粘弹性和粘塑性等材料模型 ;   
◆支持二次开发接口，自定义材料模型；   
◆无缝链接MI-DIC测量结果数据，自动化
◆可自定义力方向、边界和编制角度等等
◆可获得模型参数、应力应变曲线、应力空间等等。
◆重构应力场。

高分子材料应变率变化对超弹性，粘弹性本构影响，Syy-Eyy应力应变曲线

  当产品设计通过有限元仿真预测后，产品的原型将会被快速制造出来并进行一系列的测试：强度，刚度，振动模态，耐久性，碰撞，冲击测试等等测试；
  传统的测量工具如应变片，位移传感器LVDT,加速度传感器，振动计等等，只能获取有限的局部的数据，不能满足分析的需求，而且糟糕的是经常会漏掉关键位置，导致测试失败、产品性能降低、造成风险隐患等等。
  

   MatchID-2D/Stereo系统的出现*的解决这些问题：

◆利用MatchID-2D/Stereo系统让产品开发人员对结构和零部件的力学行为有全局的把握，也可以深入局部研究；

◆MI-FEDEF有限元数据预处理模块支持自动提取ABAQUS，ANSYS,HYPERRWORKS,SiemensNX等分析软件的数据与MI-DIC测量结果进行统一坐标，统一网格与统一滤波条件的数据处理为有限元比对做好了准备；

◆MI-FEAVAL有限元验证模块则让工程师们可以轻松将DIC测量结果与仿真结果的进行场数据的比对与评估，达到修正FEA模型目的，并给出专业的评估报告。

MatchID-2D/Stereo全场应变测量与仿真优化分析系统广泛的应用于汽车、航空航天、桥梁地质、生物力学等领域中，帮助工程师快速获得产品原型在诸如：强度，刚度，振动模态，耐久性，碰撞，冲击测试等等测试中的全场的三维变形和应变数据，将DIC测量结果与仿真结果的场数据的比对与评估，验证产品原型的各项性能，起到缩短产品的研发周期，节约成本，提升企业和产品的竞争力！

 （1)、静态应用

 零部件、大型结构的变形和应变监测对于评估产品的性能和品质，结构的力学行、寿命评估等等至关重要，有时候为了获得更高的精度或者从多个角度甚至360度的测量，我们采用高分辨率相机、多组相机同步监测 。
 （2) 、动态应用
零部件和结构的动态应用主要有：冲击测试（爆炸、鸟撞。。。）、碰撞测试、跌落测试、振动模态测试等等。
MatchID-2D/Stereo系统结合高速相机，可以实现对物体的振动测量，同事获得应变场，通过FFT变换可以获得振型、加速度、频谱图

车辆动态性能测试，采样频率2000fps,位移峰值达5mm

工程机械作业应力集中查找，Von Mises 应变云图和时间曲线

航空发动机叶片振动试验，3000fps速度采集照片，Z方向加速度云图和曲线。

旋转部件高速旋转下变形与应变测量，采样频率100KHz。

混凝土梁三点弯曲裂纹扩展实验，采样频率8000fps,主应变云图和时间空间变化曲线；

野外桥梁挠度监测，无需制作散斑，快速实时测量！

隧道模型实验变形监测，Von Mises应变云图和时间与空间曲线。

煤层模型实验变形监测，实现长时间采集数据，Y方向位移云图和时间与空间曲线。

假肢脱离模拟实验变形测量

动物皮肤变形测试