材料在極端工況（如高速旋轉、沖擊、爆炸）下的形變與失效機制，是航空航天、汽車制造、基建工程等領域的關鍵研究課題。傳統接觸式測量手段（如應變片）受限于單點測量、易受干擾等缺陷，難以滿足這類動態場景下全場應變測量與高時間分辨率采集的需求。

數字圖像相關法（DIC）作為非接觸式光學測量技術，通過追蹤物體表面散斑的位移場，可精準計算全場應變分布；搭配高速攝像機，更能捕捉毫秒級甚至微秒級的動態形變過程。

本次實驗聚焦風扇葉片——這類在高速轉動中承受復雜離心力與氣動載荷的部件，其應變分布與結構可靠性直接關聯，是驗證DIC技術工程實用性的典型場景。

02實驗方案

本實驗采用深視智能高速攝像機與數字圖像相關DIC系統，構建了從設備架設到數據采集的完整方案：

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硬件配置

高速攝像機：2臺深視智能SH3-108高速攝像機，在1280×1024全畫幅分辨率下采集幀率達8000幀/秒，可清晰捕捉風扇葉片的高速轉動細節。

架設與同步：將兩臺高速攝像機按合理夾角架設于風扇前方，確保拍攝區域穩定在視野內，從而實現對風扇葉片的持續、清晰動態圖像采集。

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樣品與標記制備

圖丨風扇葉片散斑制備

在風扇葉片表面制備隨機散斑，以向DIC軟件提供其分析所需的紋理特征。

測量區域選取：在不同葉片的葉根、葉中、葉尖分別設置小區域（即 “階段矩形0-5”），覆蓋從葉片根部到尖端的關鍵受力區域，用于分析應變梯度。

03實驗結果與分析

通過DIC技術，我們獲取了風扇葉片轉動過程中拉格朗日應變E1的全場分布與時間響應曲線，從 “空間分布” 與 “時間動態” 兩個維度解析葉片力學行為。

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應變全場分布（空間維度）

從實驗圖像的應變云圖可見：

顏色刻度代表微應變大小（范圍：-30000~20000微應變），暖色（紅、黃）對應拉應變，冷色（藍、綠）對應壓應變。

圖丨風扇葉片不同階段矩形應變觀測

不同“階段矩形”（葉根、葉中、葉尖區域）的應變存在明顯梯度：葉尖區域（如階段矩形1、5）以拉應變為主，數值相對更高；葉根區域（如階段矩形 2、3）應變類型更復雜，存在拉壓交替，反映根部受載的復雜性。

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應變時間響應（動態維度）

下方時間-應變曲線展示了各區域應變隨時間（秒）的波動規律：

不同區域的應變曲線呈現周期性波動，與風扇轉動的周期完全響應，驗證了測量的動態一致性。

葉尖區域（如階段矩形1、5）應變峰值更高，且以拉應變為主；葉根區域（如階段矩形2、3）應變幅值相對較小，且存在壓應變階段，這與葉片轉動時 “葉尖離心拉伸、葉根約束復雜” 的力學邏輯完全吻合。

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結構受力合理性評估

從應變分布與梯度可見：葉片從葉根到葉尖的應變呈現由復雜到集中、由低到高的規律，符合離心載荷下的力學預期。葉尖未出現過度應變集中（未達材料失效閾值），葉根的應變波動也在結構強度允許范圍內，說明該風扇葉片的結構設計具有較好的受力合理性。

04技術價值與應用展望

本實驗充分展現了深視智能SH3-108高速攝像機與DIC技術在動態形變測量中的優勢：

非接觸全場測量：突破傳統接觸式手段的單點限制，實現葉片表面全域應變的可視化測量，為結構優化提供完整數據支撐。

高時空分辨率：8000幀/秒的幀率與50微應變的測量精度，精準捕捉高速轉動下的瞬時形變，滿足極端工況的測量需求。

深視智能高速攝像機聯合DIC技術不僅可用于風扇葉片的性能驗證，更可推廣至航空發動機葉片、汽車渦輪部件、橋梁抗風構件等工程場景，為材料動態力學性能研究、結構可靠性設計、故障預警等提供核心技術支持，推動工程領域對極端載荷下材料行為的認知從 “經驗判斷” 走向 “精準量化”。

綜上，深視智能高速攝像機與數字圖像相關DIC技術的融合，為工程部件的動態形變測量開辟了新路徑，其在復雜工況下的非接觸、全場、高精度測量能力，將持續為材料科學與工程設計的創新發展賦能。

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