方案背景

隨著新能源汽車行業(yè)的發(fā)展，對(duì)輕量化車身的成形質(zhì)量提出了更高的要求，在以鋁合金代替低碳鋼實(shí)現(xiàn)輕量化的趨勢(shì)下，精確高效測(cè)定鋁合金板料成形極限曲線 (FLC) ，是評(píng)估材料成形性能、預(yù)測(cè)失效、優(yōu)化沖壓工藝的核心環(huán)節(jié)。

傳統(tǒng)網(wǎng)格分析法測(cè)量板料成形極限 (FLD/FLC)， 存在破壞性（需蝕刻網(wǎng)格）、分辨率低、數(shù)據(jù)點(diǎn)稀疏、耗時(shí)費(fèi)力、無(wú)法實(shí)時(shí)觀測(cè)變形過(guò)程等顯著缺點(diǎn)。

新拓三維XTDIC-FLC板料成形極限測(cè)量系統(tǒng)，基于數(shù)字圖像相關(guān)DIC技術(shù)，提供了更高精度、更廣泛應(yīng)用和更便捷的數(shù)據(jù)處理手段，逐漸成為FLC試驗(yàn)中的主流測(cè)量技術(shù)，完美契合現(xiàn)代科研和智能制造對(duì)數(shù)據(jù)化和實(shí)時(shí)化的需求。

DIC技術(shù)應(yīng)用

新拓三維XTDIC-FLC板料成形極限測(cè)量系統(tǒng)，結(jié)合數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)（DIC）與雙目立體視覺(jué)技術(shù)，配合杯突試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)采集杯突試驗(yàn)時(shí)板料變形的序列視頻圖像，通過(guò)追蹤物體表面的散斑圖像，實(shí)現(xiàn)板料成形過(guò)程中表面三維坐標(biāo)、位移及應(yīng)變的動(dòng)態(tài)測(cè)量，經(jīng)進(jìn)一步擬合計(jì)算建立板料成形極限曲線（FLD/FLC）。

系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于高校科研及其他研究機(jī)構(gòu)的金屬薄板的成形性能、塑性極限、延展性等工藝性試驗(yàn)，為研究分析及設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了有力依據(jù)。

DIC技術(shù)應(yīng)用于FLD/FLC核心價(jià)值：

1、非接觸全場(chǎng)測(cè)量：獲取試樣表面所有點(diǎn)的應(yīng)變數(shù)據(jù)，突破網(wǎng)格法稀疏取點(diǎn)的局限。

2、高時(shí)空分辨率：捕捉瞬態(tài)、局部化變形（如頸縮起始），精度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)方法。

3、同步測(cè)量面內(nèi)與離面位移：可同時(shí)分析起皺等失穩(wěn)現(xiàn)象。

4、動(dòng)態(tài)過(guò)程可視化：實(shí)時(shí)觀測(cè)整個(gè)變形過(guò)程，直觀理解失效機(jī)理。

板料沖壓成形試驗(yàn)過(guò)程

試樣準(zhǔn)備：

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（如ISO 12004-2, ASTM E2218）制備不同寬度的條狀試樣（覆蓋單向拉伸到等雙拉應(yīng)變路徑）。

在試樣變形區(qū)域均勻制作高對(duì)比度、高隨機(jī)性的散斑圖案。

試驗(yàn)設(shè)備配置：

XTDIC-FLC板料成形極限測(cè)量系統(tǒng)：兩臺(tái)高分辨率高速相機(jī)、高亮度均勻光源、穩(wěn)固的支架及防振平臺(tái)。

成形設(shè)備：板料成形試驗(yàn)機(jī)（杯突試驗(yàn)機(jī)裝置）。

同步觸發(fā)：XTDIC-FLC系統(tǒng)相機(jī)與試驗(yàn)機(jī)載荷/位移信號(hào)同步采集。

數(shù)據(jù)采集：

使用不同寬度的試樣進(jìn)行一系列球頭凸模脹形試驗(yàn)。

DIC雙相機(jī)以足夠高的幀率（保證變形過(guò)程清晰捕捉）同步記錄整個(gè)脹形過(guò)程。

同步記錄杯突試驗(yàn)機(jī)的載荷-位移/時(shí)間數(shù)據(jù)。

薄板成形實(shí)時(shí)可視化監(jiān)測(cè)

全場(chǎng)應(yīng)變分布動(dòng)態(tài)顯示：DIC軟件實(shí)時(shí)計(jì)算并可視化顯示試樣表面的主應(yīng)變分布云圖、次主應(yīng)變分布云圖、厚度減薄率云圖等。

變形過(guò)程直觀呈現(xiàn)：輸出位移云圖以及應(yīng)變?cè)茍D，清晰展現(xiàn)材料如何流動(dòng)、應(yīng)變?nèi)绾卫鄯e與發(fā)展。

缺陷早期識(shí)別：

頸縮監(jiān)測(cè)：實(shí)時(shí)捕捉局部應(yīng)變驟然增大區(qū)域（應(yīng)變集中帶），這是頸縮和破裂開(kāi)始的直接征兆。

起皺監(jiān)測(cè)：利用DIC測(cè)量的離面位移場(chǎng)，實(shí)時(shí)可視化板面起伏，精確識(shí)別起皺的發(fā)生位置和程度。

破裂預(yù)警：在肉眼可見(jiàn)裂紋出現(xiàn)前，通過(guò)應(yīng)變集中程度和變化速率提前預(yù)警即將發(fā)生的破裂。

過(guò)程追溯：完整記錄整個(gè)變形歷史，可隨時(shí)回放分析任一時(shí)刻的變形狀態(tài)。

成形極限 FLC 曲線精確測(cè)定

數(shù)據(jù)處理流程：

變形階段選擇：對(duì)每個(gè)試樣，選取破裂發(fā)生前臨界時(shí)刻（通常為最大載荷點(diǎn)或頸縮明顯發(fā)生時(shí)）的應(yīng)變數(shù)據(jù)。

極限點(diǎn)識(shí)別：在臨界時(shí)刻的應(yīng)變?cè)茍D上，沿垂直于未來(lái)裂紋方向，在應(yīng)變集中區(qū)（頸縮區(qū)）及其鄰近相對(duì)均勻變形區(qū)選取一系列點(diǎn)。

極限應(yīng)變計(jì)算：DIC軟件計(jì)算點(diǎn)對(duì)應(yīng)的極限主應(yīng)變和次主應(yīng)變。

FLC曲線繪制：將所有試樣（不同寬度）得到的極限應(yīng)變點(diǎn)繪制在應(yīng)變平面上，擬合出表征材料成形極限的FLC曲線。

沖壓工藝優(yōu)化

模具與工藝設(shè)計(jì)：高精度FLC曲線數(shù)據(jù)，更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)零件不同區(qū)域的成形風(fēng)險(xiǎn)（開(kāi)裂、起皺），指導(dǎo)模具型面設(shè)計(jì)、壓邊力設(shè)置、拉延筋布置等。

工藝參數(shù)快速迭代：DIC技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力允許在試模階段：

1、數(shù)字圖像相關(guān)DIC技術(shù)可快速評(píng)估不同工藝參數(shù)（壓邊力、潤(rùn)滑條件、速度）對(duì)材料流動(dòng)和應(yīng)變分布的影響。

2、數(shù)字圖像相關(guān)DIC技術(shù)即時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在失效區(qū)域（應(yīng)變接近或超過(guò) FLC）。

3、數(shù)字圖像相關(guān)DIC技術(shù)根據(jù)實(shí)時(shí)反饋迅速調(diào)整參數(shù)，大幅減少試模次數(shù)和成本。

材料性能評(píng)估與選型：高效測(cè)定不同批次、不同牌號(hào)板材的 FLC，為材料選擇和供應(yīng)商評(píng)價(jià)提供客觀依據(jù)。

失效根因分析：基于完整變形和應(yīng)變路徑，深入分析生產(chǎn)中出現(xiàn)開(kāi)裂、起皺等失效的根本原因（是材料、模具還是工藝參數(shù)問(wèn)題）。

總結(jié)

新拓三維XTDIC-FLC板材成形極限測(cè)量系統(tǒng)，基于數(shù)字圖像相關(guān)DIC技術(shù)，通過(guò)非接觸、全場(chǎng)、高精度、可視化的測(cè)量方式，不僅能更快速、更精確地測(cè)定 FLC 曲線，更能實(shí)時(shí)洞察整個(gè)板料沖壓成形過(guò)程中的材料流動(dòng)、應(yīng)變演化與缺陷萌生（頸縮、起皺、破裂），有助于分析材料成形行為、精準(zhǔn)預(yù)測(cè)失效、高效優(yōu)化沖壓工藝參數(shù)，提升產(chǎn)品質(zhì)量和降低研發(fā)制造成本，有助于推動(dòng)板料沖壓行業(yè)向智能化、數(shù)字化邁進(jìn)。