现如今,伴随着工业程度及自主研发创新的不断发展,众多前沿的高精尖产品也相继亮相,材料的力学性能毋庸置疑成为了衡量其质量优劣的重要技术指标。作为先进生产制造业中最常见材料之一的金属板材,在实际使用的工况下会受到多种载荷的复合作用,而传统的单向拉伸下获取的材料力学性能显然不能全面的反映出实际工况下材料的真实力学特性。采用十字形试件开展板材拉伸试验的双向拉伸试验机,由于能够模拟多种载荷作用下的平面受力状态,近年来得到了学术界的广泛关注。位移与变形是双向拉伸试验中材料力学行为最直观的反映,传统的接触式测量方法只能测量试件表面的平均应变而且不适用于测量如薄膜等质地柔软体积微小的材料。因此,需要一种适用范围广、测量环境要求低且测量精度高的非接触测量方法。目前众多的非接触式光测方法中数字图像相关方法很容易满足上述测量需求,为此本文设计研究了一种基于数字图像相关的小型双向拉伸试验机。1、目前用于双向拉伸试验的小型十字形试件并没有一个通用的现行参考标准,因此,本文在国内外学者对于十字形试件的研究基础之上,提出了一种正八边形与圆形组合式中心区域减薄十字形试件,采用有限元方法（FEM）和正交化设计相结合的方法对该结构的十字形试件进行了参数优化,获得了适用于双向静拉伸断裂的新式小型十字形试件。2、根据双向拉伸试验机的原理和使用功能需要,设计出符合上述要求的小型双向拉伸试验机的总体方案;通过参数计算完成了传动部分、夹具、相机支撑架等零部件的结构设计以及驱动电机、减速器、滚珠丝杠等各部件的选型;应用三维软件建立了小型双向拉伸机的整机模型,并对关键零部件进行了以静力学分析和模态分析为主的有限元分析,仿真结果证明了该试验机设计的合理性。3、基于小型双向拉伸试验机的机械结构模型,应用基于TRIZ冲突解决理论的产品感知设计方法对该试验机进行了感知形态塑造。通过建立该试验机的感知设计冲突矩阵、获得推荐的发明原理、得出冲突解决方案等过程塑造出小型双向拉伸试验机的感知形态,并从感知设计的视觉、听觉和触觉三方面形象对试验机的感知形态进行了评价,验证了该小型双向拉伸试验机感知形态塑造的合理性以及有效提升了用户体验以及情感需求。4、在基于子图的数字图像相关（DIC）测量算法中,基于香农熵的子图尺寸优化选择算法无疑是对传统的根据使用者经验手动预设子图尺寸的算法在计算精度与效率上有了很大的提高。但该优化算法在互相关计算过程中的搜索策略以及易出现子图尺寸错误点方面有待改进。因此,本文提出了一种以临近点参数作为初值的搜索策略,并通过设定平均子图熵的阈值的方法确保子图尺寸在合理范围内。通过不同类型的真实散斑图的实验结果表明本文提出的改进基于香农熵的子图尺寸优化选择算法不降低计算效率的情况下提高了算法的位移测量精度。