霍普金森桿實驗（SHPB）中水泥試件的動態(tài)應變場被雙目超高速攝像機和數(shù)字圖像相關(guān)DIC技術(shù)非接觸式測量。
一、實驗背景
霍普金森壓桿實驗是獲取材料高應變率力學響應的重要手段。普通高速攝像機難以在理想畫幅下捕捉微秒級沖擊過程，傳統(tǒng)引伸計測試可獲得總體平均應變信息，但無法揭示局部應變分布及變形演化規(guī)律。
某材料實驗室采用中科君達視界提供的雙目超高速攝像機，結(jié)合數(shù)字圖像相關(guān)DIC技術(shù)，以100000幀/秒采集速率對試件變形全過程可視化記錄與應變分析，揭示沖擊加載初期階段的微觀應變演化特征，為高應變率材料本構(gòu)模型建立提供實驗數(shù)據(jù)支撐。
二、實驗設計
I. 實驗設備：
直徑50 mm×厚度 25 mm的水泥試件。
千眼狼超高速攝像機NEO25M×2。
千眼狼DIC應變分析系統(tǒng)。
霍普金森壓桿裝置。
II. 實驗方法：
試件噴白后，用馬克筆制作散斑。
采用標定板完成雙目立體匹配。
通過氣動霍普金森壓桿施加軸向沖擊載荷。
利用千眼狼雙目高速攝像機同步拍攝，捕獲試件沖擊變形瞬態(tài)過程。
選取試件中心“階段點0”作為特征點，利用DIC軟件提取圖像序列中的位移信息，計算拉格朗日應變，生成應變-時間曲線。
三、實驗數(shù)據(jù)
千眼狼高速攝像機NEO25以10 μs時間分辨率解析沖擊初期220幀的應變響應特征，大致可以分為三個典型階段，對應材料不同的力學狀態(tài)與損傷演化機制：
I. 190~390 μs(第20~40 幀)：曲線快速、線性增長，到390 μs出現(xiàn)首個拐點，表明試件材料處于線性彈性變形階段，應力波前沿剛傳播至試件，材料內(nèi)部尚未發(fā)生不可逆的損傷，曲線的線性度也反映了水泥基材料在沖擊載荷下的剛度特性。
II. 400~1290 μs（第40~130幀）：此區(qū)間應變曲線呈振蕩非線性波動狀態(tài)，主要由于此階段水泥基脆性材料在高應變率下出現(xiàn)的微裂縫引發(fā)局部剛度退化所致，波動幅度較小說明微觀損傷分布相對均勻，總體結(jié)構(gòu)尚未失穩(wěn)。
III. 1290–1510 μs（第130~152幀）：1290 μs時，應變曲線圖出現(xiàn)第二個拐點，應變再次快速上升，第二次爬坡源自入射波的反射波再次加載在已受損的試件上，因首次強加載微損傷已致材料整體剛度下降，因此第二次應變增幅弱于第一次應變增幅。1510 μs后，應力波能量被耗散，試件內(nèi)部宏觀裂紋形成，導致局部卸載，應變下降進入穩(wěn)定階段，表明材料已失穩(wěn)。
四、實驗結(jié)論
I. 本次霍普金森壓桿實驗通過具有微秒級時間分辨率的千眼狼NEO25高速攝像機和數(shù)字圖像相關(guān)DIC技術(shù)，捕捉并解析了水泥試件在SHPB沖擊下0~2.2 ms的動態(tài)響應全過程。
II. 利用DIC軟件處理的應變曲線可表征材料在高速沖擊加載下的精細應變演化過程：190~390 μs為材料動態(tài)彈性響應階段，應變率高但未發(fā)生顯著損傷；400~1290 μs應變曲線的非線性波動揭示材料處于損傷累積期；1290 μs后應變增長幅度低于初次，表明材料剛度已退化；1510 μs后曲線下降趨穩(wěn)顯示材料已發(fā)生部分斷裂。
III. 具有更高時間分辨率的高速攝像機，有助于識別動態(tài)破壞瞬態(tài)中的關(guān)鍵拐點，如損傷萌生、局部斷裂的瞬態(tài)節(jié)點，為本構(gòu)模型建立提供更精細的數(shù)據(jù)支撐。
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