本研究はDSE（デジタルスペックル相関法）三次元全場歪測定システムを採用し、カイル制御高精度材料試験機を結合し、材料の圧縮荷重下での全場歪発展に対する正確な量子化分析を実現した。ロード中の三次元全場歪分布データを同期的に収集することにより、システムは材料の弾性変形から塑性降伏、破壊までの全過程歪発展規則を明らかにし、材料の力学性能評価と故障メカニズム研究に高分解能、非接触式の量子化手段を提供した。

一、システム統合と試験方法

1.試験システム構成：

ロード装置：カイル制御試験機、正確で安定した軸方向圧縮荷重を提供し、そしてリアルタイムで荷重-変位データを記録する。

測定システム：DSE三次元全場歪み測定システム、高解像度双眼カメラ、専用スペックル投射光源及び画像処理ソフトウェアを含む。試料表面に高コントラストランダムスペックルパターンを予め作製した。

同期制御：トリガ信号により試験機とDSEシステムの同期を実現し、力学データと歪み画像フレームの対応を確保する。

2.試験フロー：

調製した試験片をカイル制御試験機圧縮治具に取り付ける。

DSEシステムは試験片に対して2カメラ定格を行い、3次元座標マッピング関係を構築する。

試験機ロードプログラム（変位制御や力制御など）を設定し、DSEシステムの連続画像収集を開始する。

圧縮試験を開始し、システムは荷重、変位及び試験片の表面シーケンス画像を同期して記録する。

試験終了後、DSEソフトウェアにより画像シーケンスを処理し、全場三次元変位及び歪み場を計算した。

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二、変形進化の精密量子化分析

1.全体変形の可視化：

変位場：試料表面の各点の3次元空間における変位ベクトルを取得し、圧縮過程における全体的な反り、局所的な屈曲などの現象を視覚的に表示する。

ひずみ場：縦圧縮ひずみ（εyy）、横膨張ひずみ（εxx、εzz）及びせん断ひずみ（εxyなど）を含む全場分布雲図を計算し、ひずみ局在領域を明確に表現する。

2.キー変形段階の量子化：

弾性段階：歪み場は均一に分布し、マクロ歪みは試験機の変位データと高度に一致し、材料の弾性率を正確に計算することができる。

降伏と塑性流動：歪み場に局所集中（例えば「せん断帯」または「ドラム」領域）が現れ、DSEシステムは降伏開始点位置と塑性領域の進化過程を正確に捉えることができる。

破壊段階：亀裂発生位置、拡張経路及び周囲の歪み集中程度をリアルタイムで追跡し、破壊メカニズムを定量的に分析する。

3.データ比較と検証：

DSEシステムで測定した局所歪みと試験機の引張計または歪みシートデータを比較し、その正確性を検証する。

満場データを用いて、試料の幾何学的不均一性または材料欠陥が変形局在化に与える影響を分析した。

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三、技術優勢

1.高空間解像度：従来の点式測定（歪みシート）の限界を克服し、百万画素級数拠点の歪み情報を取得し、局所歪み集中を漏れなく捕捉する。

2.真の3次元測定：面内（In-plane）と離面（Out-of-plane）変位を同時に測定でき、座屈や傾斜が発生する可能性のある圧縮試験片に適している。

3.非接触式測定：接触式センサによる試験片（特にフレキシブルまたは小サイズ試験片）への干渉を回避し、高温、低温などの環境に適している。

4.動的進化記録：変形全過程を完全に記録し、任意の時点の歪み状態の遡及分析をサポートする。

5.カイル制御試験機とのシームレスな統合：力学データと光学測定データの厳密な同期を確保し、荷重−ひずみ−時間多次元相関分析を提供する。

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四、応用価値

材料固有パラメータの反転：満場データに基づく材料パラメータ識別に高精度入力を提供する。

故障メカニズムの研究：破壊の起源を正確に定位し、損傷の進化過程を定量的に分析する。

シミュレーションモデル検証：有限要素分析（FEA）などの数値シミュレーションに詳細なフルフィールド変形データを提供し、モデル検証と修正に用いる。

プロセスと構造最適化：圧縮荷重下での材料または構造の性能弱点を評価し、最適化設計を指導する。

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結論

DSE三次元全場歪み測定システムとカイル制御試験機を結合し、正確で高効率な材料圧縮変形分析プラットフォームを構築した。この技術は遠超伝統的な方法の豊富な歪み場情報を提供できるだけでなく、材料の変形から破壊までの完全な進化過程を動的、定量的に明らかにすることができ、材料科学、力学研究と工学応用に強力な試験手段を提供した。