高速冲击瞬态变形难捕捉？DSE-3D HS系统实现微秒级全场形变精准测量

一、背景

航空航天领域，高速冲击过程在微秒级内释放巨大能量，导致结构动态变形与失效。精确测量这一瞬态过程对优化抗冲击设计与材料至关重要，但其瞬时性与复杂性是测量技术的巨大挑战。

图2 传统测量手段（引伸计）

二、传统测量手段及痛点

长期以来，研究人员在捕捉高速冲击变形时多依赖于传统测量方法，但这些方法在应对极端瞬态事件时存在明显局限性。

1.应变片技术：

作为一种经典的接触式测量方法，应变片测量有以下局限性：

• 仅获取离散点数据，缺失全场变形信息

• 失效区难预判，点测量极易遗漏关键变形

•冲击破坏性，威胁接触式测量设备人员安全

图2 应变片

2.高速摄像技术：

高速摄像机可高帧率记录冲击过程，生成直观影像，但仅为定性或半定量手段，仅能获取表面二维信息，无法提供精确的全场三维位移和应变数据，难以进行定量分析。

图3 高速相机采集

这些痛点表明，高速冲击场景的测量急需一种能非接触“冻结”瞬态过程并“解码”全场定量变形信息的新型技术。

三、 DSE-3D HS系统优势

为应对上述挑战，我们采用联恒光科DSE高速版三维全场应变测量系统，系统在高速冲击场景下的测量优势如下：

1.非接触式测量，安全高效

系统通过高速相机非接触拍摄标距区域，避免了传统接触式测量对测试的干扰与设备损坏风险，同时保障人员安全，尤其适用于爆炸、冲击等高危场景。

1.全场数据，信息完整

系统采用DIC技术，通过高速相机追踪表面散斑运动，重建三维形变，计算全场位移与应变场，助力研究人员精准定位最大变形区、应变集中区及裂纹萌生位置。

1.超高采样率与微米级精度

系统支持10万帧/秒高速采集，可清晰捕捉冲击过程，结合高精度算法实现微米级位移分辨率，精准量化瞬时变形，真正做到“看得清、测得准”。

图4 DSE-3D HS 系统图

四、冲击试验案例

1. 试验信息：

• 试验名称：防弹钢板枪击测试

• 试样信息：10mm厚度钢板

• 冲击方式：霰弹枪弹丸冲击

• 采集系统：DSE-3D HS

• 采集帧率：8000帧/秒

2. 试验分析

通过对弹体撞击钢板的瞬态过程序列图像进行DIC分析，我们得到了冲击过程中的位移场和应变场云图。

• 位移分析：

受冲击部位位移集中分布于钢板中心区域，最大空间位移量为1.2685 mm。该数据直观反映了钢板在弹体冲击下的整体挠曲变形。

图5 冲击最大位移状态云图

• 应变分析：

冲击发生后，应变能迅速向外扩散，应变场分布均匀且对称，未见明显的局部应变集中带。最大瞬时应变值为694με，数值极小。

图6 最大应变状态云图

3.试验结论：

该防弹钢板在受到高速冲击时，表现出优异的能量扩散能力和抗变形能力，位移与应变响应均很小，防护效能出色。DSE-3D HS提供的全场定量数据，为此次防护性能评估提供了坚实、客观的数据支撑。

五、总结

联恒光科DSE-3D HS高速三维应变测量系统，专为攻克高速冲击变形测量难题而打造。该系统以非接触、全场测量为核心，具备超高帧频与微米级精度，可精准捕捉并解析瞬态变形全过程。适用于材料动态性能研究、结构抗冲击验证及失效分析等领域，为科研与工程应用提供全面、可靠的定量数据支撑。

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