Application of DIC technology in mechanical properties testing of concrete/rock specimens

在土木工程材料与结构力学领域，如何提升工程结构的综合性能一直是行业关注的重点。测量技术对于土木工程领域内大量的结构分析和材料性能测试具有重要意义。DIC（数字图像相关）技术不同于传统单点式测量方式，以其非接触、全场测量、高精度等优点，在土木工程领域应用广泛。

新拓三维XTDIC三维全场变形测量系统，基于数字图像相关法（DIC）技术，具有非接触、高精度、全场测量等优点，可替代传统测量方法，应用于混凝土/岩石试样的压缩、弯曲、拉伸、劈裂等力学性能试验中。

DIC技术典型应用

（1）裂纹萌生与扩展监测

全场测量：DIC可捕捉全场应变分布，精确识别裂纹起始位置和扩展路径，分析逐步形成宏观裂缝的过程。

兼容性广：可与其他技术结合（如声发射、CT扫描），实现力学行为与损伤机制的多维度关联。

（2）非均匀变形分析

各向异性表征：岩石（如页岩、花岗岩）因矿物成分和层理结构导致力学行为各向异性，DIC可量化不同方向的应变差异。

局部化变形：混凝土受拉时变形局部化区域的应变集中（如剪切带），可通过DIC全场数据精确分析。

（3）动态力学行为研究

动态加载：结合高速相机，DIC可分析冲击荷载、疲劳荷载下裂缝动态演化（如岩石爆破模拟、混凝土动态断裂）。

率效应研究：量化加载速率对材料强度、断裂能的影响（如高应变速率下混凝土的脆性增强效应）。

（4）多尺度变形观测

宏-微观结合：通过调整镜头配置，DIC既可分析试样整体变形，也可结合显微镜观测微观裂纹（如岩石晶粒尺度的损伤演化）。

（5）复杂边界条件测试

非对称加载：适用于真三轴试验、剪切试验等复杂应力状态下的全场应变测量，避免传统传感器的接触干扰。

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。 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

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。 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 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： 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。 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。