隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和市場的完善，消費者對汽車品質(zhì)要求越來越高，流致結(jié)構(gòu)振動與氣動變形問題廣泛存在于汽車工業(yè)中，成為影響汽車經(jīng)濟(jì)性、舒適性和安全性的重要問題。

汽車風(fēng)洞試驗通過模擬汽車在道路行駛過程中的變形細(xì)節(jié)，了解車身剛度和抗風(fēng)變形能力，有助于分析汽車的運動性能。測量車身變形對于改進(jìn)汽車高速行駛過程中車內(nèi)噪音控制、引擎蓋受力情況分析、車門受風(fēng)變形分析提供了很好的數(shù)據(jù)支撐。尤其是減少車身重量使用的新型材料，驗證能否滿足設(shè)計需求。

新拓三維自主研發(fā)的XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)，其核心技術(shù)是數(shù)字圖像關(guān)聯(lián)和跟蹤（Digital Image Correlation），采用跟蹤和圖像配準(zhǔn)技術(shù)，對圖像變化進(jìn)行準(zhǔn)確的 2D 和 3D 測量，常用于測量多點振動以及全場位移和應(yīng)變，能夠準(zhǔn)確地測量汽車部件在風(fēng)洞加載條件下的瞬時三坐標(biāo)變化，可實現(xiàn)無接觸式測量車門、柱梁、機(jī)艙蓋等位置因氣動力作用下的動態(tài)變形量，單個標(biāo)記點可以代替三個方向的位移傳感器，測量結(jié)果可視化，幫助研發(fā)人員更好地了解車身的變形與運動特性。

傳統(tǒng)測試方式的局限

在高速行駛狀態(tài)下，汽車表面承受著巨大的氣動載荷，微小的結(jié)構(gòu)變形不僅影響氣動性能、風(fēng)噪水平，更關(guān)乎車輛操控穩(wěn)定性與安全邊界。風(fēng)洞實驗是模擬這一嚴(yán)苛環(huán)境的核心手段，然而傳統(tǒng)接觸式測量手段卻有著諸多局限性：

1、離散采樣陷阱

應(yīng)變片/位移計覆蓋不足且需要復(fù)雜的布線，易導(dǎo)致關(guān)鍵變形區(qū)域漏檢

2、動態(tài)響應(yīng)局限

接觸式傳感器難以捕捉高頻氣動激振；LVDT等位移計在強(qiáng)氣流中產(chǎn)生附加風(fēng)振干擾

3、空間維度缺失

單點儀器僅提供一個方向位移數(shù)據(jù)，偏轉(zhuǎn)角度分析可能得不到理想的數(shù)據(jù)

4、數(shù)據(jù)維度

單點測試數(shù)據(jù)，無法可視化清晰呈現(xiàn)

DIC技術(shù)應(yīng)用的重要性

數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）技術(shù)在此場景下展現(xiàn)出不可替代的價值：

• 全場測量：突破單點局限，獲取覆蓋整個關(guān)注區(qū)域（如車門、引擎蓋、A柱、尾翼）的密集變形數(shù)據(jù)，揭示變形分布規(guī)律與運動特性。
• 非接觸無損：僅需在車身粘貼標(biāo)志點，不干擾結(jié)構(gòu)本身與流場特性，保證測量結(jié)果真實反映氣動載荷作用。
• 動態(tài)高頻捕捉：高速相機(jī)加持下，可精確記錄瞬態(tài)變形過程（如氣流分離引發(fā)的振動），捕捉動態(tài)細(xì)節(jié)。
• 三維形貌與位移：通過立體視覺原理，直接獲取標(biāo)志點的三維空間坐標(biāo)變化，計算三維位移場與應(yīng)變場，提供全面力學(xué)信息。
• 量化驗證與優(yōu)化：為CFD仿真提供關(guān)鍵的實驗驗證數(shù)據(jù)，驅(qū)動車身剛度優(yōu)化、空氣動力學(xué)套件設(shè)計及NVH性能提升。

汽車風(fēng)洞試驗變形測量

實驗采用XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)，搭配2000萬像素高速相機(jī)，20幀采樣頻率，測量汽車在風(fēng)洞內(nèi)的變形情況，風(fēng)速100m/s。

測點部署

通過在汽車表面粘貼標(biāo)志點，能夠準(zhǔn)確分析在風(fēng)洞環(huán)境下汽車結(jié)構(gòu)的三坐標(biāo)變化。

另外，如要消除汽車在風(fēng)洞中的剛體位移，可利用粘貼在側(cè)邊的參考點，消除汽車在風(fēng)洞中整體的剛性位移，能夠得到更加準(zhǔn)確的測試結(jié)果。

動態(tài)數(shù)據(jù)采集

風(fēng)速從0加速至100m/s過程中，DIC系統(tǒng)高速相機(jī)以20幀采樣頻率持續(xù)采集圖像

基于DIC系統(tǒng)高速相機(jī)采集的圖像數(shù)據(jù)，DIC軟件經(jīng)過立體匹配、三維重建，獲取標(biāo)志點的三維坐標(biāo)。

汽車風(fēng)洞試驗測量數(shù)據(jù)結(jié)果

新拓三維XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)，可分析三維坐標(biāo)、三維運動和變形、三維速度、三維加速度、6個自由度（6DoF）測量等，獲得高精度、高重復(fù)性的測量結(jié)果，助力客戶深入了解零件的動態(tài)變形特征，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高效率。

1、數(shù)據(jù)分析

汽車風(fēng)洞內(nèi)左前門框 A 柱區(qū)域動態(tài)變形量測試，主要分析3個測量靶點；為了準(zhǔn)備分析在風(fēng)洞中的變形情況，DIC軟件對圖像數(shù)據(jù)抽稀處理，分析整體變形趨勢，提高處理效率。

2、位移云圖展示

如圖所示，DIC軟件可以輸出XYZ三個方向和空間整體的位移情況，直觀顯示三個目標(biāo)靶點的變形量，箭頭代表運動方向，長短及顏色代表位移數(shù)值大小。

3、總體位移分析

汽車左前門框 A 柱區(qū)域三個點的變形趨勢一致，上升—保持—上升—保持—下降，位移量數(shù)值有所區(qū)別。

目標(biāo)靶點0總位移如下圖所示：

目標(biāo)靶點1總位移如下圖所示：

目標(biāo)靶點2總位移如下圖所示：

4、Z向位移差分析

分析車左前門框 A 柱區(qū)域在高速氣流下呈現(xiàn)微小的向上拱起（Z向正位移）。

以點0為基準(zhǔn)，分析點1相對于點0的Z向位移差

以點0為基準(zhǔn)，分析點2相對于點0的Z向位移差

以點1為基準(zhǔn)，分析點2相對于點0的Z向位移差

通過空氣動力學(xué)風(fēng)洞實驗室，模擬汽車行駛的運動狀態(tài)，使用新拓三維XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)，對車身外結(jié)構(gòu)進(jìn)行動態(tài)變形量，只需要在車身表面目標(biāo)靶點/散斑，DIC設(shè)備按照標(biāo)準(zhǔn)距離擺放，既可開始采集圖像進(jìn)行全場位移測量，整個布置過程簡單方便，極大地節(jié)省了時間和成本，為行業(yè)內(nèi)提供了快速、便捷的測試方法。DIC技術(shù)適用于各種零件，采用非接觸式的測量方法，快速獲得位移和變形信息，結(jié)合科學(xué)有效的仿真方法，分析動態(tài)變形產(chǎn)生的原因，有助于解決流致結(jié)構(gòu)振動與變形等行業(yè)問題。