数字图像相关DIC技术：揭秘金属板料冲压成形中的韧性

方案背景

随着新能源汽车行业的发展，对轻量化车身的成形质量提出了更高的要求，在以铝合金代替低碳钢实现轻量化的趋势下，精确高效测定铝合金板料成形极限曲线 (FLC) ，是评估材料成形性能、预测失效、优化冲压工艺的核心环节。

传统网格分析法测量板料成形极限 (FLD/FLC)， 存在破坏性（需蚀刻网格）、分辨率低、数据点稀疏、耗时费力、无法实时观测变形过程等显著缺点。

新拓三维XTDIC-FLC板料成形极限测量系统，基于数字图像相关DIC技术，提供了更高精度、更广泛应用和更便捷的数据处理手段，逐渐成为FLC试验中的主流测量技术，完美契合现代科研和智能制造对数据化和实时化的需求。

DIC技术应用

新拓三维XTDIC-FLC板料成形极限测量系统，结合数字图像相关技术（DIC）与双目立体视觉技术，配合杯突试验机自动采集杯突试验时板料变形的序列视频图像，通过追踪物体表面的散斑图像，实现板料成形过程中表面三维坐标、位移及应变的动态测量，经进一步拟合计算建立板料成形极限曲线（FLD/FLC）。

系统广泛应用于高校科研及其他研究机构的金属薄板的成形性能、塑性极限、延展性等工艺性试验，为研究分析及设计优化提供了有力依据。

DIC技术应用于FLD/FLC核心价值：

1、非接触全场测量：获取试样表面所有点的应变数据，突破网格法稀疏取点的局限。

2、高时空分辨率：捕捉瞬态、局部化变形（如颈缩起始），精度远超传统方法。

3、同步测量面内与离面位移：可同时分析起皱等失稳现象。

4、动态过程可视化：实时观测整个变形过程，直观理解失效机理。

板料冲压成形试验过程

试样准备：

根据标准（如ISO 12004-2, ASTM E2218）制备不同宽度的条状试样（覆盖单向拉伸到等双拉应变路径）。

在试样变形区域均匀制作高对比度、高随机性的散斑图案。

试验设备配置：

XTDIC-FLC板料成形极限测量系统：两台高分辨率高速相机、高亮度均匀光源、稳固的支架及防振平台。

成形设备：板料成形试验机（杯突试验机装置）。

同步触发：XTDIC-FLC系统相机与试验机载荷/位移信号同步采集。

数据采集：

使用不同宽度的试样进行一系列球头凸模胀形试验。

DIC双相机以足够高的帧率（保证变形过程清晰捕捉）同步记录整个胀形过程。

同步记录杯突试验机的载荷-位移/时间数据。

薄板成形实时可视化监测

全场应变分布动态显示：DIC软件实时计算并可视化显示试样表面的主应变分布云图、次主应变分布云图、厚度减薄率云图等。

变形过程直观呈现：输出位移云图以及应变云图，清晰展现材料如何流动、应变如何累积与发展。

缺陷早期识别：

颈缩监测：实时捕捉局部应变骤然增大区域（应变集中带），这是颈缩和破裂开始的直接征兆。

起皱监测：利用DIC测量的离面位移场，实时可视化板面起伏，精确识别起皱的发生位置和程度。

破裂预警：在肉眼可见裂纹出现前，通过应变集中程度和变化速率提前预警即将发生的破裂。

过程追溯：完整记录整个变形历史，可随时回放分析任一时刻的变形状态。

成形极限 FLC 曲线精确测定

数据处理流程：

变形阶段选择：对每个试样，选取破裂发生前临界时刻（通常为最大载荷点或颈缩明显发生时）的应变数据。

极限点识别：在临界时刻的应变云图上，沿垂直于未来裂纹方向，在应变集中区（颈缩区）及其邻近相对均匀变形区选取一系列点。

极限应变计算：DIC软件计算点对应的极限主应变和次主应变。

FLC曲线绘制：将所有试样（不同宽度）得到的极限应变点绘制在应变平面上，拟合出表征材料成形极限的FLC曲线。

冲压工艺优化

模具与工艺设计：高精度FLC曲线数据，更准确地预测零件不同区域的成形风险（开裂、起皱），指导模具型面设计、压边力设置、拉延筋布置等。

工艺参数快速迭代：DIC技术实时监测能力允许在试模阶段：

1、数字图像相关DIC技术可快速评估不同工艺参数（压边力、润滑条件、速度）对材料流动和应变分布的影响。

2、数字图像相关DIC技术即时发现潜在失效区域（应变接近或超过 FLC）。

3、数字图像相关DIC技术根据实时反馈迅速调整参数，大幅减少试模次数和成本。

材料性能评估与选型：高效测定不同批次、不同牌号板材的 FLC，为材料选择和供应商评价提供客观依据。

失效根因分析：基于完整变形和应变路径，深入分析生产中出现开裂、起皱等失效的根本原因（是材料、模具还是工艺参数问题）。

总结

新拓三维XTDIC-FLC板材成形极限测量系统，基于数字图像相关DIC技术，通过非接触、全场、高精度、可视化的测量方式，不仅能更快速、更精确地测定 FLC 曲线，更能实时洞察整个板料冲压成形过程中的材料流动、应变演化与缺陷萌生（颈缩、起皱、破裂），有助于分析材料成形行为、精准预测失效、高效优化冲压工艺参数，提升产品质量和降低研发制造成本，有助于推动板料冲压行业向智能化、数字化迈进。