實驗結果的具體視頻可詳見以下鏈接:研索儀器DIC技術在極端條件下的應用
01 海水環境:
DIC技術在海水環境下的應用核心挑戰在于惡劣的光學條件(如散射、衰減、畸變)、嚴酷的化學/生物環境(腐蝕、生物污損)以及復雜的水下工程操作。這些挑戰嚴重限制了傳統DIC方法的直接應用。但隨著專用耐蝕散斑材料、先進水下光學成像技術等不斷發展,DIC正逐步克服這些障礙,成為研究水下結構力學行為的強有力工具。
案例一:系泊鏈在海水環境下氫脆化性能測試
深海平臺(如浮式生產平臺、鉆井平臺)通過系泊系統固定于海底,系泊鏈是連接平臺與海底的關鍵承重構件,需承受各種極端載荷。
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海洋環境載荷:海浪、潮汐、洋流引起的動態張力(可達數千噸),臺風等極端天氣下載荷峰值顯著增加。
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平臺運動載荷:平臺在波浪作用下的升沉、橫搖、縱搖等運動,導致系泊鏈承受周期性交變應力。
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腐蝕與疲勞協同作用:海水腐蝕介質(Cl?、溶解氧等)加速材料表面損傷,與循環應力共同作用引發疲勞裂紋。
應用挑戰:
隨著油氣資源開發向深海(>1500 米)甚至超深海(>3000 米)拓展,系泊鏈長度和載荷需求呈指數級增長。
隨著強度的大幅度提升,氫脆化的敏感性也更加嚴重,容易在低應力下突發脆性斷裂,斷裂前無明顯塑性變形,難以通過常規力學測試提前預警,是深海系泊鏈的重大安全隱患。
實驗情況:
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試驗機參數:MTS 810試驗機,載荷范圍0.25KN-4.25KN,加載頻率0.1Hz。
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DIC采集參數:DIC拍攝間隔5°,單個循環周期拍攝72張;拍攝時長(連續采集時間)為24小時;圖像尺寸4096*3000pixel;曝光時間1ms。
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圖像參數:FOV(視野)為100*80mm,spatial resolution(空間分辨率)24μm/pixel。
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DIC處理參數:Subset(子集)31*31pixel (1σ置信度下0.01像素位移精度),Step步長5pixel。
實驗結果:
在氫脆測試過程中,氫原子在表面或近表面區域聚集并結合成氫分子,以氣泡形式在樣品表面逸出,直接遮擋了散斑,導致最后DIC云圖部分缺失(如上圖所示)。考慮數據真實性,此處未做插值填充。