測試背景

在進(jìn)行大型模型（如橋梁縮尺模型、建筑結(jié)構(gòu)、機(jī)械平臺(tái)等）的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)時(shí)，準(zhǔn)確、全面地獲取結(jié)構(gòu)在動(dòng)態(tài)載荷下的位移響應(yīng)，是評估其抗震性能、驗(yàn)證計(jì)算模型的關(guān)鍵。傳統(tǒng)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)受限于傳感器布置與測量數(shù)據(jù)，難以捕捉結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震下的全場動(dòng)態(tài)變形。

大型結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)的必要性

1、不可替代性：真實(shí)地震無法復(fù)現(xiàn)，振動(dòng)臺(tái)是唯一能精準(zhǔn)控制地震波輸入、模擬結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；

2、高階振動(dòng)捕捉：高速DIC技術(shù)可捕捉大型結(jié)構(gòu)在高階振動(dòng)下的全場位移分布，高階振型演變規(guī)律；

3、安全預(yù)警需求：量化振動(dòng)模態(tài)切換時(shí)的應(yīng)變集中區(qū)域，捕捉結(jié)構(gòu)裂縫萌生、局部屈曲等非線性行為。

本項(xiàng)目針對某大型結(jié)構(gòu)（底座3m、高約7m），在六自由度振動(dòng)臺(tái)上模擬地震作用，引入新拓三維XTDIC-SPARK三維高速測量系統(tǒng)，高速數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)（DIC）實(shí)現(xiàn)非接觸式位移場高精度動(dòng)態(tài)捕捉。底座位置處布有接觸式位移計(jì)，對比兩種測量方法測試結(jié)果，驗(yàn)證高速DIC測量技術(shù)的可靠性。

測試目標(biāo)

全域測量：獲取模型關(guān)鍵區(qū)域（支撐底座）的三維位移場與應(yīng)變場

動(dòng)態(tài)特性：識(shí)別結(jié)構(gòu)在破壞性振動(dòng)中的工作振型與變形模式

驗(yàn)證可靠性：與接觸式位移計(jì)結(jié)果交叉對比，量化高速DIC測量精度，建立可靠性標(biāo)準(zhǔn)。

傳統(tǒng)位移計(jì) vs 高速DIC技術(shù)對比

挑戰(zhàn)：大型結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)位移測量的瓶頸

在進(jìn)行大型模型的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)時(shí)，傳統(tǒng)接觸式位移測量方法（如拉繩式位移計(jì)、LVDT）存在顯著局限：

測試過程與具體步驟

技術(shù)實(shí)施要點(diǎn)與過程

編碼點(diǎn)布設(shè)： 在試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭ё潭蚣懿贾镁幋a點(diǎn)，便于系統(tǒng)識(shí)別并精確定位其空間坐標(biāo)。

雙高速相機(jī)布局： 將高速相機(jī)架設(shè)于振動(dòng)臺(tái)正前方，確保完整覆蓋整個(gè)試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃透哳l振動(dòng)的捕捉能力。

同步觸發(fā)： DIC系統(tǒng)與振動(dòng)臺(tái)控制系統(tǒng)、接觸式位移傳感系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)精確時(shí)域信號(hào)同步觸發(fā)，確保數(shù)據(jù)時(shí)間軸一致。

高速動(dòng)態(tài)拍攝： 振動(dòng)臺(tái)按照預(yù)設(shè)地震波進(jìn)行模擬地震振動(dòng)。高速相機(jī)在試驗(yàn)過程中連續(xù)高速采集模型表面圖像序列。

高速dic測量系統(tǒng)測試結(jié)果

為驗(yàn)證高速DIC測量技術(shù)的可靠性，選取了底座、主梁、橫梁幾個(gè)關(guān)鍵位置，將高速DIC提取的關(guān)鍵點(diǎn)位移時(shí)程數(shù)據(jù)與現(xiàn)場安裝的LVDT在同一位置的測量結(jié)果進(jìn)行詳盡比對。

比對指標(biāo)：

• 數(shù)據(jù)曲線吻合度（包括峰值、相位、波形特征）。
• 關(guān)鍵位移峰值差值的絕對值和相對誤差。
• 相關(guān)性分析（Pearson相關(guān)系數(shù)等）。

高度一致的時(shí)程曲線： 高速DIC編碼點(diǎn)測量的位移時(shí)程曲線，與對應(yīng)的LVDT曲線在波形、相位上展現(xiàn)出極高的同步性與相似性（見下方典型曲線圖）。

位移計(jì)測量值

高速DIC測量系統(tǒng)測量值-（329-349）差值

振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)價(jià)值

• 振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)通過模擬真實(shí)荷載（如地震波）作用于縮尺或全尺寸的結(jié)構(gòu)模型，評估其抗震性能、動(dòng)力穩(wěn)定性及破壞模式。
• 直接反映結(jié)構(gòu)在動(dòng)態(tài)荷載下的非線性行為，彌補(bǔ)了數(shù)值模擬（如有限元分析）的不足。
• 檢驗(yàn)抗震設(shè)計(jì)，新型結(jié)構(gòu)體系的可靠性，預(yù)測結(jié)構(gòu)損傷程度，為結(jié)構(gòu)加固和修復(fù)提供依據(jù)。
• 高速DIC技術(shù)，可捕捉完整的空間三維動(dòng)態(tài)信息，解決了大型、復(fù)雜結(jié)構(gòu)在劇烈振動(dòng)下全域位移測量的核心難題。