超高速数字图像相关法（DIC）在爆炸与冲击力学中的应用
超高速数字图像相关法（DIC）在爆炸与冲击力学中的应用
近年来，随着恐怖袭击事件和高科技局部战争的发生，重要经济军事设施和普通民用建筑结构的抗暴设防，给工程界和学术界提出了重大而迫切的挑战。建筑物的爆炸破坏效应分析，破坏程度评估，在爆炸事故分析、结构抗爆设计、反恐怖袭击和军事领域均是一个重要的课题。
钢筋混凝土结构具有优异的力学性能，是建筑结构设计的重要材料。研究混凝土梁、板、柱等构件在爆炸载荷作用下的破坏评定方法，对于钢筋混凝土结构的抗爆安全设计、灾后评估具有重要的理论意义和工程价值。
为研究混凝土结构抗暴性能，研究人员搭建不同形状的混凝土构件并配合不同当量的炸药，通过高速相机以20000Hz的采集频率，获取爆炸瞬间物体的三维位移场和应变场数据。通过分析混凝土构件在爆炸冲击下的动态响应和毁伤演化，为探索建筑物损伤机理、防护设计、控制爆炸灾害响应，提高抗爆安全性提供丰富的数据支撑。
在爆炸力学研究过程中，对结构裂纹位置，变形演化过程的研究具有重要意义。由于爆破的瞬间属于高速作用，传统的手段很难监测到劈裂的位置。采用高速相机配合数字图像相关法（DIC）技术，能够捕捉爆破瞬间的裂纹和变形轨迹。
基于数字图像相关方法和超高速摄像技术，研究人员可以进行爆破模型实验，分析爆破应变场的演化过程和衰减规律。测量数据可用于ABAQUS有限元分析结果验证，对爆破模拟的动态演化过程进行验证，实现对爆炸应力波的传播和衰减的深入量化研究，为探索爆炸力学领域中被爆介质的动态响应提供一种新的测量方案。
使用XTDIC-STROBE动态应变测量系统，搭配两台高速相机同时拍摄爆炸瞬间，并通过XTDIC-STROBE软件计算每一帧照片的相关性，实现变形过程中物体表面的三维坐标、位移及应变的动态测量，可清晰看出裂缝位置及演化，应变测量范围0.005%~2000%，测量精度可达50με。
在测量时，爆破实验中闪光灯、高速相机拍摄、炸药起爆等一系列动作依次进行，同步控制系统达到微秒级的精确控制。高速相机拍摄系列图像，XTDIC-STROBE软件分析连续测量的图像组，即可计算出结构在爆炸过程中水平方向、竖直方向、剪切方向的位移云图和最大主应变云图。