作为数字图像相关(DIC)技术的领导者,Correlated Solutions 已开发出最高效的数字图像处理算法,拥有最快的 3D 处理速度——VIC-3D Real-Time 模块引领DIC测试方法走向实时测量和实时监控。

全场实时测量模块可实现2-10Hz 的实时数据处理速率,最高每秒100,000个数据点实时数据包含表面力学行为全部信息,三轴向位移和面内应变,以及不同应变张量标定,如:拉格朗日应变张量,真实应变,工程应变、Mises 应变,Tresca 应变等。

美国航空航天局(NASA)工程与安全中心(NESC)为了解决新一代运载火箭减重问题,提出燃料仓壳体屈曲强度因子作为验证运载火箭数字模型测试基准。VIC-3D  Real-Time 全场实时模块和多系统阵列 Fusion 模块作为重要测试方法,集中应用于测量仓体360°全场变形和实时数据监控。

『火箭燃料仓壳体屈曲强度因子实时监控』



试验简介:

对于我们大多数人来说,汽水罐的破碎是一个熟悉的场景。如果我们必须要精确地模拟罐的挤压负荷,并且这个汽水罐直径较大结构复杂,那我们该怎么办?这是 NASA 工程师面临的挑战。

圆柱形燃料仓所承受的载荷类似于「汽水罐。它们在提升载荷下的强度称为壳体屈曲失稳因子或 SBKF 。最早的 SBKF 模型是在1960年代开发的。如今,有限元等建模技术已非常成熟,能提供更精准的模型。为了更为精确验证数字模型的准确性和可靠性,进一步优化结构设计,达到减轻重量实现轻量化要求,全视场360°实时监控测量壳体屈曲强度因子十分重要。

NESC 壳体屈曲强度因子项目首席研究员马克·希尔伯格(Mark Hilburger)说:「只有通过仔细的测试和分析来研究屈曲的基本原理,我们才能自信地将新材料和技术应用于更新的设计中,将更安全、更轻便、更有效的运载火箭贡献给宇航事业。」


圆柱形燃料仓



2011年3月23日,NASA 测试了战神五号燃料仓在负载下的压溃变形,完成了里程碑式的实验。飞船燃料仓直径8.4米,高6.1米,在燃料仓的上面施加负载来观察整个仓表面的应变情况。


因燃料仓体积巨大,想观测整个表面的应变非常困难。因变形区域的不可预测,想观测到应力集中和变形的区域,必须进行全场实时观测。若贴上普通应变片来测量,就算把燃料仓表面贴满,因应变片观测的只是一个点的应变情况,也根本覆盖不了整个仓体表面,达不到真正意义上的全场测量。

NASA 运用了数字图像相关(DIC)的方法,借助 VIC-3D 非接触全场应变测量系统的全场实时观测模块与多系统阵列,完美地做到了真正意义上的全场测量还实现了全场实时监控。

▼圆柱形燃料仓散斑制作




试验目的:

测量壳体全场位移和应变特性,结合其他传感器,分析壳体模型屈曲强度因子,进一步验证运载火箭数字模型的准确性和可靠性,同时实验数据作为重要参考,优化壳体的结构,以实现运载火箭整体轻量化要求达到降低成本的目的。



试验难点:

1.观测区域大,燃料仓直径8.4米,高6.1米;

2.应变集中和变形的区域不可预测,需进行全场观测;

3.试验关键区域,需精确实时测量实时监控位移变化;

4.失效位置瞬间失效特性是关键,需实时测量+高速采集同时进行;



VIC-3D 的解决方法:

1.多系统阵列实现对燃料仓的全场观测;
2.全场实时模块,实现对燃料仓测试全程监测;
3.实时监控试验过程中全场变形及位移变化,确保试验安全可持续;
4.高速与静态多系统全场监测,实现实时测量+高速采集同时进行;


试验结果及意义:

VIC-3D Real-Time 全场实时模块结合 VIC-3D 全视场阵列模块,真正意义上解决实时监控测量燃料仓360°无死角观测位移和变形难题,在壳体屈曲强度因子测试中起到了非凡的作用。正如 NASA 主导此次测试的工程师所说,在此次测试中,他们无法预计屈曲产生位置产生的时刻,以及失效确切特性。VIC-3D 全场实时 Real-Time 和 VIC-3D 阵列系统 Fusion,有效地解决了屈曲和失效位置的不确定性。


VIC-3D 光学测试系统也作为光学测试方法进一步作为 NASA 兰利(Langley)实验室,大型航空航天设备位移和变形测量准则。


▼燃料仓内部肋骨和焊缝的影响


特别提示:
在本次新冠疫情期间,DIC 技术的原创者和领导者——Correlated Solutions 特向广大 VIC 用户提供90 天 license 免费试用,有需要的用户只需拨打睿拓时创全国服务热线:400-777-8829 联系我们报名便可申请。




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NASA火箭燃料仓多系统阵列全场实时监测

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