针对汽车在配重下轮胎经过不同障碍时发生的受力变形，通过利用高速摄影技术拍摄轮胎经过障碍的过程，并配合新拓三维全场dic分析系统软件，分析轮胎的全场的应变，以达到对轮胎整体性能的分析。

    汽车轮胎性能是汽车在行使过程中保证其安全性和可靠性的关键因素。考虑到实际状况，我们给车辆加以配载，并模拟路障，对轮胎通过路障时进行全场变形分析。

    传统的应变片只能针对单个点进行变形分析，且轮胎大，布置繁琐，并不能满足全场应变测量的要求。故结合原有的数字图像相关技术（DIC）变形分析系统进行优化，针对如何精确稳定地计算高速运转下的车轮胎的变形问题进行了深入研究，最终形成了一套适用于该实验环境的三维动态变形检测系统，并成功地完成了该项目试验。

    数字图像相关技术变形分析由于具有非接触、精度高、全场测量、实验设备简单等优点，在材料力学性能测试领域得到了广泛的应用。然而二维数字图像相关法使用一个摄像机，只能测量平面内的变形和应变，所以为了实现动态变形检测中三维变形测量的要求必须进行摄像机的标定。

    三维数字图像相关技术结合双目立体视觉原理（XTDIC系统），使用两个摄像机从不同角度同时拍摄变形物体，对于每个状态拍摄两张图片，利用数字图像相关法进行图片匹配，然后根据标定好的两个摄像机的内、外方位参数进行三维重建获得三维空间点的坐标信息，最后对比变形前后两个状态的三维点信息则可以获得物体的三维位移场及应变场。

    不管是二维数字图像相关技术还是三维数字图像相关技术，它们的关键技术都有两个：双目摄像机的标定和数字图像相关匹配。

    数字图像相关技术（DIC），又称数字散斑相关算法，是一种对全场位移和应变进行量化分析的光测实验力学方法。数字图像相关技术处理的对象为数字化的图像数据。使用数字化图像采集设备（一般为数字摄像机）可以实时采集不同时刻、不同状态下的试件表面图像，经过数字化处理，每幅图像被量化成M×N像素的灰度矩阵后存入硬盘。通常将试件在未变形状态下采集得到的图像称为“参考图像”，而将各个变形状态下采集到的图像称为“变形图像”。

    在变形检测过程中，根据动态变形的检测要求选取不同分辨率、不同采集频率的图像采集设备将变形过程进行离散化的记录，对每个变形时间点的数据进行图像相关匹配：如图7所示，在变形前选取图像中任意一个子区（一般为矩形区域），区域的中心点作为待测点，记为；利用子区中的散斑灰度信息作为特征模板，在变形后的图像中寻找其所对应的目标子区，目标子区中心点的图像坐标；从而获得参考子区在变形过程中的位置和形状变化，通过比较同一子区在变形前后两个状态之间的位置和形状变化，我们可以得到物体在该子区点位置的位移和应变。假设变形前图像参考子区中心点的图像坐标为（x，y），变形后的其对应目标子区的中心点P’的图像坐标为（x’，y’），在物体只发生刚体位移的情况下，两点之间的映射关系为零阶映射函数。

    3D-DIC总体流程如图，这个过程涉及到变形过程中的n（n>=2）个状态的2n张图片。整个相关匹配过程中，所有状态的左图像都以状态1（未变形状态）的左图像为参考图像进行相关匹配，所有状态的右图像都以该状态的左图像为参考图像进行相关匹配。匹配完毕后，对于任意一个状态的左右两幅图像，利用标定得到的摄像机内、外参数，按照三角测量原理就可以重建对应的三维点坐标。

    在高速相机控制软件中，设置相机分辨率1280*800像素，将十字尺置于测量位置，调节相机的焦距和光圈，保证两相机图像的清晰，亮度均匀。

    左右相机调节后图像

    数据采集

    在XTDIC三维全场应变测量系统中，高速相机控制软件中，设置相机采集帧频为4000fps，快门为100us，选择“后触发”模式（即保存相机触发时，之前的所有数据），针对两相机分别点击Capture，使相机处于等待触发状态；

    轮胎载荷车辆到位

    准备完成后，汽车发动机启动，在轮胎完全通过障碍时，点击触发完成数据的记录。以此过程为例，在相同的胎压下，分别通过不同规格的障碍，完成数据的采集；更改胎压后，再次通过不同规格的障碍，完成数据的采集，共计16组。

    不同规格的路障

    数据计算

    选取个别关键点进行分析，绘制相对应的位移曲线。在轮胎在接触障碍时，应变区域集中显示为红色；在从障碍落下与铁板接触后，整个轮胎底部变形明显，集中显示为红色。针对应变集中区域选取一点，绘制曲线，可反映出轮胎通过障碍时最大主应变随状态（时间）的变化。轮毂上贴置的标志点，效果明显，可分析得到该点的位移信息，绘制出相应的曲线。

    接触障碍时应变场

变形区域内一点应变分析曲线

    轮毂点位移分析曲线

    为了解决汽车轮胎在通过不同障碍下动态变形检测的问题，基于对数字图像相关技术的研究，给出了完整的检测方法。

    实验在大视场条件下，借助高速摄影及XTDIC三维全场应变测量系统软件可以实现对轮胎通过路障时发生变形的监测，根据实验结果可反映出轮胎应变集中部位，绘制关键点以及轮毂点的数据曲线，从而达到分析轮胎和汽车性能的目的，进一步验证了数字图像技术的准确性和稳定性。对数字图像技术的原理和应用进行了分析，并对针对汽车高速运动提出了用高速摄影取代传统工业相机的检测方案。

    数据输出形式

    本实验针对重载轮胎标准充气压力下的八种障碍包容特性及欠压/过压两种非正常状态的各两种障碍包容特性开展试验，试验结果数据以关键点xls数据信息、应变图及响应视频输出形式输出，并可根据被测试单位的需要输出其他点位信息。