[00330872]基于DIC的高强钢非接触式变形跟踪技术

成果简介：

进入 21 世纪，我国的汽车工业是近年来发展最快的行业之一，但随着环境、能源、安全等要求的提高，通过汽车材料轻量化降低油耗和减少废弃排放逐渐成为当前的研究热点。汽车行业对高性能复杂零件的广泛需求，更是对轻量化制造工艺提出的巨大挑战。高强钢是目前常用的金属轻量化材料之一，其高强度和高塑性特性适用于复杂或防撞零部件的制造。高性能复杂零件在成形过程中材料会经过多种加工工艺，如轧制、挤压、弯曲、拉深、翻边和冲裁等。然而薄壁板材在这些复杂的成形过程中材料会处于不同的应力状态，当受力超过承受极限时，高强钢可能会发生断裂。因此必须准确测量板材的拉伸、压缩、剪切力学性能，以实现材料塑性变形行为的准确预测和精确控制。在高强钢变形的过程中，需要测量物体表面变形场，传统的引伸计测量容易出现引伸计滑移、脱落和实验数据测量不准确等问题。非接触现代光测力学方法日益受到工业和工程领域的广泛关注，数字图像相关方法（即 DIC 技术）以其测量设备简单、环境要求较低等特殊优势从众多方法中脱颖而出。DIC 技术是获得试件变形前后的两幅数字图像，通过相关计算获取感兴趣区域的变形信息。其基本原理是，对变形前图像中的感兴趣区域进行网格划分，将每个子区域当作刚性运动。再针对每个子区域，通过一定的搜索方法按预先定义的相关函数来进行相关计算，在变形后图像中寻找与该子区域的互相关系数为最大值的区域，即该子区域在变形后的位置，进而获得该子区域的位移。对全部子区域进行计算，即可获得全场的变形信息。该成果采用 DIC 技术全程跟踪先进高强钢板材在拉伸、拉剪、压缩、压剪和冲压等多种应力状态区间下的全场变形信息，并于模拟仿真相结合研究不同应力状态的断裂特征，可以为工程应用中优化板材成形工艺参数提供指导。

成熟程度及推广应用情况：

该项目目前已达小试阶段，已投入成本：20 万。

推广应用情况：可以满足材料在多种应力状态下变形情况的非接触式实时跟踪的需求，以及实现多物理场观测量和实验数据准确获取与分析。

期望技术转移成交价格（大概金额）：100 万。

技术优势：

1. DIC 技术具有试件表面处理简便、数据采集简单测量精度高和适用范围广等优点

2. DIC 技术通过对比变形前后试件表面的图像灰度变化实现变形场测量的方法，可实现非接触式测量，无需复杂的光路而且对测量环境要求低。

3. 可实现对微小试件、微小变形区域和柔软物质等特殊试件的测量以及在压剪等复杂加载路径下测量，并保证测量的精度。

4. 可实现受力构件的多种应力状态下应变测量的实时同步记录，实验数据准确获取与分析。

性能指标：

1. 高强钢压剪复合应力状态下应变测量的实时同步记录，探究压剪状态下的断裂形式为剪切型断裂。

2. 对高强钢采用冲剪工序和慢走丝线切割方法进行制孔，进行扩孔试验，对变形及断裂进行研究，并工艺参数对 TRIP800 钢板剪切边缘质量的影响研究，得到冲剪间隙为0.05 mm 时，可以获得较好的边缘质量，在凸模圆角半径为 0.2 mm 时，冲剪边缘质量较好。

市场分析：

近年来，随着数字图像相关理论的不断发展、完善以及计算机技术、光学信息处理技术的迅速发展，该方法的应用领域也越来越广泛。可以实现复杂热力环境中的服役性能原位表征；多物理场观测量和实验数据准确获取与分析。对高强钢等金属在变形过程中存在诸如裂纹、切口、断层等不连续区域的位移测量具有很好的效果。

经济效益分析：

数字图像相关方法以其具有全场非接触性、数据采集简单、测量环境要求低、试件表面处理简便、测量精度高、适用范围广等优点获得了巨大的成功，已经作为一种常用而有效的表面变形非接触测量手段广泛应用于实验力学领域。

成果亮点：

1. 具有自主知识产权，研究成果已授权发明专利 1 项。

2. 成果来源：自然基金考虑冲剪诱发初始损伤的金属板料成形边缘断裂预测研究项目。

3. 技术先进性：国际领先/国际先进/国内领先/国内先进，及概括描述成果核心技术。