使用数字图像相关(DIC)方法测量平滑、准确的裂纹尖端位移场和应变场是学术界难题之一。目前常用的方法为基于子区的局部DIC方法,但其子区跨裂纹计算的结果无意义。经过改进的基于子区分割的DIC方法降低了子区内像素点数量,导致精度降低。提出一种基于Hermite单元的局部DIC(HELDIC)方法,依次分块计算感兴趣区域(ROI),利用较大单元包络分块区域剔除单元边界精度较低的数据,通过调整Hermite单元位置使得剔除的数据量最少,再使用所提改进的逐点最小二乘(PLS)方法平滑分块的位移场并得到应变场,从而提高裂纹尖端应变场的平滑度和精确度。实验结果表明,所提方法与传统局部DIC方法相比获得的变形场距离裂纹尖端及裂纹面更近,且在给定的单元和子区大小下的应变场平均误差降低30%以上,是计算裂尖变形场的有效方法。

裂纹尖端变形场测量是定量研究材料断裂特性和行为的关键。基于子区的局部数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)目前应用较多,但跨裂纹子区计算出的数据并无意义,且在测量复杂裂纹变形场时会面临欠匹配的问题。为了克服这些缺点,提出一种基于Hermite单元的正则化全局DIC(HRGDIC)方法。该方法采用高阶Hermite形函数构建全局DIC的有限元单元,建立同时考虑灰度误差与位移场光顺性的迭代方法。同时,在每次迭代求解的过程中使用广义交叉验证(GCV)方法来求解最优正则化参数。于是,HRGDIC方法不仅能处理尖端复杂高梯度变形,还可在迭代结束时获得平滑的位移场和应变场。从裂纹尖端变形图像的模拟和真实测量结果可知,与传统的局部DIC方法相比,所提方法测量精度更高,是解决裂纹尖端变形场测量的有效方法。