一种基于全场DIC的薄壁圆柱壳无损测量及缺陷定位方法

由于薄壁圆柱壳径厚比大，容易在轴向载荷下发生屈曲失稳，且薄壁圆柱壳在制造运输过程中产生的不同程度的初始缺陷会使其结构性能在实际使用时大幅降低。并且圆柱壳的极限承载能力对结构的初始缺陷十分敏感，这导致薄壁圆柱壳的实际承载能力要比基于完美模型的理论或者数值预测的极限承载能力小很多。

现有对于圆柱壳的缺陷敏感性问题的测试研究方法主要是实验和数值模拟相结合。实验主要通过对薄壁圆柱壳施加不同轴向压力至屈曲失稳，以测量其极限承载能力及缺陷敏感性，在每组实验中，试样均为一次性消耗品，无法重复利用，因此实验成本较高，且对于具有不同初始缺陷的圆柱壳，无法在不损伤试样的情况下定位试样初始缺陷的具体位置。

为了实现对薄壁圆柱壳的无损检测，采用非接触测量在圆柱壳的极限承载能力之内测量出圆柱壳的缺陷敏感性，通过DIC技术采集实验全过程的变形图像，对图像进行计算处理后，可以在不损耗圆柱壳的前提下定位其存在的初始缺陷位置，解决了现存的研究成本高、测量误差大等问题，对理论研究，工程应用具有重要的意义。

图1.多相机宽视场3D-DIC变形测量系统

随着智能制造的不断发展，非接触变形光学测量技术在工业领域的应用越来越多，其市场规模不断扩大。2024年中国市场规模预测为225亿元，全球市场规模逼近1000亿元。重点领域包含汽车工业、芯片电子、教育科研及土木工程等。

本成果可采用非接触测量方式，在不损耗圆柱壳的前提下定位其存在的初始缺陷位置，降低成本，解决测量误差大等问题。成果处于小试阶段，已有原理样机，技术达国际先进水平。已与相关公司在实际环境中进行试用合作，用于结构件受力变形情况的非接触测量方向。