在现代光测力学中,数字图像相关方法因其非接触式全场测量、环境适应性好等优点,被广泛应用于实验力学与其他交叉学科研究领域。目前,用于工业检测领域的三维数字图像相关方法仍然以双相机成像系统为主,在狭小空间进行测量时,存在两个相机间基线长度不足导致系统无法放置的问题;在应用于动态测量时,则存在相机间的同步问题。针对传统双相机的应用局限性,本文提出了一种基于单相机的三维数字图像相关方法,并将其应用于管道的无损检测与蜂窝夹芯板的低速冲击中。主要的研究内容有以下几个方面:1、将单相机与两个双棱镜结合,组成单相机-双棱镜测量系统。通过研究其成像原理,建立了单相机三维数字图像相关方法的光学模型,并且给出了观测视场的调节范围。另外,以传统双相机测量结果为基准,通过形貌重建与刚体位移实验得到,两种方法的最大相对误差小于1%,验证了方法的准确性。2、将单相机三维数字图像相关方法应用于管道的无损检测,重建了管道表面的缺陷形貌,测得表面变形最深处占管道直径的16.5%。同时,采用同轴光源照明,对长为750mm、直径为40mm的管道内部进行缺陷检测。测量得到,管道内焊缝缺陷呈现“月牙”形状,其距底部约为86mm,长度约为48.2mm,最大宽度约为4.9mm。此外,还采用基于应变测量的方法确定了管道内微小裂纹的位置,根据不同载荷下内表面x方向的正应变分布,预测了管道裂纹的走向。3、在蜂窝夹芯板的低速冲击实验中,通过研究不同能级下单次与多次冲击后的能量变化,分析得到了吸能率随冲击能量与冲击次数的变化情况。冲击后,采用所提方法重建了损伤试件的三维形貌,得到了不同能量的单次与多次冲击下蜂窝夹芯板的损伤参数,并以损伤深度表征蜂窝夹芯板的破坏,进一步分析了低速冲击中的吸能过程。在剩余压缩强度实验中,采用该方法测量试件的全场应变分布。结果表明,冲击点处的应力集中最终导致了试件的压缩失效;对所有试件进行实验后,得到了弯曲破坏、局部弯曲与脱粘破坏、脱粘分层三种主要的压缩失效形式。4、采用所提方法测量了蜂窝夹芯板在低速冲击中未冲击面的瞬态损伤。通过采集冲击过程中的动态图像,结合数字图像相关计算,得到了离面位移随时间呈现非线性增大的趋势。结合3kg重物两次冲击中的位移云图,进一步得到了离面位移以冲击点为中心,呈椭圆形向四周扩散的规律。另外,在两次冲击中选取三个相同时刻,检测了过冲击点处的离面位移空间分布情况,测得在冲击点附近有10mm左右的损伤宽度。最后,通过对比第二次冲击时的离面位移变化,分析了试件贯穿后,冲击对试件的变形影响。本文对单相机-双棱镜组成的三维数字图像相关方法与应用进行深入研究,通过建立物理模型、原理分析与实验研究,得到了测量精度较高的单相机三维数字图像相关方法,并将其应用在了无损检测与复合材料的低速冲击方面,为工程应用提供了可靠的理论依据与实验方法,具有良好的应用前景。