01實(shí)驗(yàn)背景與挑戰(zhàn)

隨著新能源汽車滲透率的持續(xù)攀升，輕量化材料如鋁合金被廣泛用于車身結(jié)構(gòu)，以提升續(xù)航能力。然而，車輛安全性問題頻發(fā)，對結(jié)構(gòu)件在碰撞等沖擊載荷下的力學(xué)性能提出了更高要求。如何精準(zhǔn)評估材料在極端工況下的動態(tài)響應(yīng)，已成為研發(fā)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

由于沖擊載荷實(shí)驗(yàn)具有瞬時性強(qiáng)、變形復(fù)雜的特點(diǎn)，位移計，應(yīng)變片，引伸計等傳統(tǒng)測試手段面臨以下難點(diǎn)：

接觸式測量：傳統(tǒng)測試需直接粘貼或接觸樣品，這會引入機(jī)械加固效應(yīng)，可能干擾被測物體。

單點(diǎn)或局部測量：材料變形在空間上分布不均，需獲取全場應(yīng)變演化，而傳統(tǒng)測量手段只能實(shí)現(xiàn)離散點(diǎn)測量；

過程不可逆：傳統(tǒng)方法無法實(shí)現(xiàn)全過程可視化回放，難以深入分析破壞機(jī)理。

基于DIC測量方法，本實(shí)驗(yàn)搭建了三維動態(tài)DIC測試系統(tǒng)，采用沖擊載荷實(shí)驗(yàn)裝置完成鋁板沖擊測試及量化分析。

02實(shí)驗(yàn)方案

本實(shí)驗(yàn)以深視智能高速攝像機(jī)為核心采集設(shè)備，搭配數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）系統(tǒng)，構(gòu)建了從設(shè)備架設(shè)、參數(shù)調(diào)試到數(shù)據(jù)采集的完整測試方案，依托高速攝像機(jī)的超高幀率與超短曝光優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)沖擊過程的精準(zhǔn)捕捉，具體如下：

圖丨實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場設(shè)備架設(shè)

01

硬件配置

高速成像：采用兩臺深視智能SH6-116高速攝像機(jī)，在1280×1024全畫幅分辨率可達(dá)15800fps，配合100ns超短曝光，清晰定格高速運(yùn)動過程中的每一幀變形細(xì)節(jié)。

雙目立體布局：兩臺高速攝像機(jī)按合理夾角架設(shè)于試驗(yàn)臺前，通過調(diào)節(jié)鏡頭、光圈與焦距，確保靶板散斑場清晰且居中。

精準(zhǔn)同步：雙機(jī)間實(shí)現(xiàn)ns級超低延遲同步拍攝，保證左右視角圖像的時間一致性，為三維DIC計算提供可靠數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

02

樣品與標(biāo)記制備

圖丨鋁板表面散斑制備

在鋁板表面制備隨機(jī)散斑場，以追蹤材料表面各點(diǎn)在變形過程中的三維位移與應(yīng)變。

03實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

深視智能高速攝像機(jī)完整記錄了沖擊瞬間鋁板的動態(tài)變形過程，結(jié)合三維DIC分析，得到以下量化結(jié)果：

沖擊力-時間歷程：同步獲取載荷隨時間變化曲線；

動態(tài)應(yīng)變場分布：獲取試件表面在不同時刻的全場應(yīng)變演化；

殘余變形參數(shù)：精確測量沖擊后的凹坑深度、直徑及裂紋擴(kuò)展形態(tài)。

圖丨鋁板變形過程

圖丨鋁板變形過程

實(shí)驗(yàn)結(jié)果揭示：鋁板變形前期呈現(xiàn)從邊界向中心逐步遞增的特征，且在邊界的應(yīng)力集中處極易出現(xiàn)剪切撕裂的破壞形式，為材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。

04技術(shù)價值與應(yīng)用展望

深視智能高速攝像機(jī)聯(lián)合DIC技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于高速沖擊、碰撞等極端場景的過程記錄，精準(zhǔn)捕捉實(shí)驗(yàn)中樣品的動態(tài)形變細(xì)節(jié)，完成精準(zhǔn)的形變測量工作。

依托高速攝像機(jī)的硬核性能，該技術(shù)推動工程領(lǐng)域?qū)O端載荷下材料行為的認(rèn)知，從傳統(tǒng)“經(jīng)驗(yàn)判斷”向現(xiàn)代“精準(zhǔn)量化”轉(zhuǎn)型，在汽車、軍事、航天等領(lǐng)域的材料測試中具有極高的應(yīng)用價值，為相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)升級提供有力支撐。