捕捉绝对物理真实：DIC系统重构高速振动与疲劳形变的测量秩序
01
研究背景与目标
振动测量、疲劳监测试验对整体结构的研究、损伤部位的识别以及结构改进设计等工作具有十分重要的意义。数字图像相关（DIC）技术，结合高速成像系统，测量变压器在交变电压激励下的结构振动；结合锁相环功能模块同步控制，分析材料试样在循环载荷下的变形与疲劳损伤演化过程。
DIC技术可定量获取变压器结构的运行变形、离面振动位移场；材料循环加载中的位移场和滞后应变，分析疲劳裂纹萌生行为。DIC技术通过解析高频振动位移与低周疲劳应变，为电气设备动态可靠性评估与材料疲劳寿命预测提供高精度实验依据。
02
振动与疲劳监测应用介绍
DIC技术：高速振动测量应用
全场动态捕捉：通过高速相机采集物体表面散斑图像序列，利用DIC算法计算每帧图像中散斑点的位移，从而获取物体表面的全场位移、应变、速度和加速度信息。即使在高速振动（频率可达数十kHz）下，也能实现非接触式、高精度的测量，适用于航空发动机叶片、汽车制动盘、桥梁结构等在高速动态载荷下的振动分析。
振型识别与模态分析：通过快速傅里叶变换（FFT）对位移数据进行频域分析，可识别结构的振型、共振频率和振幅分布，帮助工程师优化结构设计，避免共振导致的疲劳破坏。
极端环境适应：DIC系统配备高温、低温或高速成像模块，可在极端温度或高速冲击环境下稳定工作，如高温合金在高温炉中的振动测试、航天器结构在高速飞行中的振动监测。
DIC技术：材料疲劳场测量应用
疲劳裂纹监测：在疲劳试验中，DIC技术可实时跟踪裂纹尖端位置、裂纹长度和张开位移（CTOD），通过分析裂纹尖端塑性区形态变化，评估材料的断裂韧度和疲劳寿命，为材料失效机理研究提供关键数据。
应变场演化分析：记录材料在疲劳循环过程中的全场应变分布，揭示应变集中区域、变形带演化规律和局部损伤积累过程，帮助理解材料在疲劳载荷下的微观结构变化。
疲劳寿命预测：结合DIC测量的应变数据和疲劳理论模型，可预测材料的疲劳寿命，为工程结构的安全评估和寿命管理提供依据。
综上，DIC技术凭借非接触式、全场测量、高精度和适应性强等优势，在高速振动测量和材料疲劳场测量中成为不可或缺的工具，为工程结构的设计、优化和可靠性评估提供有力支持。
03
变压器高速振动测量
变压器在服役过程中承受复杂交变载荷，易引发结构振动与材料疲劳，直接影响设备寿命与安全。传统接触式传感器受限于单点测量、安装干扰及带宽瓶颈，难以满足高频振动微小变形及材料疲劳全场演化的分析需求。
基于此背景，采用新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统（可集成双目高速相机与锁相环功能模块），在振动测量试验与循环加载疲劳试验中实现：
动态振动分析：捕捉变压器在交流电下的全场离面位移及结构振动；
疲劳损伤监测：追踪材料在循环拉伸载荷下的全场应变累积过程与局部损伤演化。
1、实验系统与测试方法
实验方案设计
针对变压器高频振动测量需求，采用高速相机+数字图像相关（DIC）测量系统 的非接触测试方案。其中，双目超高速相机可在高频振动下同步捕捉关注区域表面散斑图像，通过立体视觉重建获得三维位移场。
数字图像相关（DIC）应变测量系统，用于材料循环加载疲劳试验，可实现疲劳测试下的应变分布表征，循环载荷下应变累积、滞后响应及裂纹萌生行为，测试样品的形状不再受限于标准试样。
2、振动实验设备配置
核心测量系统：XTDIC-SPARK三维高速测量系统
高速相机：高速相机×2（高分辨率）
采样模式：
高速相机支持全画幅下上万帧级采样速率，满足高速振动瞬态捕捉
3、实验结果与分析
变压器结构振动响应
离面位移场分布：
最大振幅集中于绕组区域，验证了电磁力集中效应；
变压器通电时表面会发生周期性胀缩；
胀缩幅度最大的位置集中在绕组区域中上部。
变压器在电压激励下的位移云图
变压器在电压激励下的应变云图
结构振动分析：
变压器结构振动分析
04
材料循环加载疲劳演化
疲劳实验设备配置
核心测量系统：XTDIC三维全场应变测量系统
采样模式：
锁相环触发，波峰/波谷相位同步，帧率自适应调节
XTDIC三维全场应变测量系统与标准DIC系统一样，可以同时在X/Y/Z轴上测量表面位移。另外，通过使用锁相环功能模块，可以轻松而精确地捕获周期性事件（本次实验采集波峰波谷），分析位移场结果，以及测量范围内每个点的完整拉格朗日应变张量。
循环加载位移结果
循环加载应变结果
05
研究结论与价值
高速动态解析：
在高速瞬态工况下，成功实现了对变压器的三维、全场、非接触动态位移与应变测量，验证了高速数字图像相关（DIC）技术在工程环境条件下的适用性。
循环疲劳解析：
XTDIC三维全场应变测量系统具有疲劳检测模块，针对疲劳实验特有的周期时长，可自动捕捉加载波峰、波谷，利用DIC全场数据的优势，直观呈现疲劳破坏演进的全程。
疲劳损伤分析：
全场应变演化为裂纹萌生位置提供早期预警，滞后环量化参数可为寿命模型修正提供依据；
全场景测量兼容性：
DIC测量系统兼容多尺度测量、疲劳监测、宽频带激励响应（静态至千赫兹振动），显著降低设备验证成本。