中国材料大会会议观察：数字图像相关(DIC)技术在无机材料研究中的应用

（原标题：中国材料大会会议观察：数字图像相关(DIC)技术在无机材料研究中的应用）

近日，中国材料大会2026在武汉落幕。大会围绕先进结构材料、无机非金属材料、功能玻璃、电子信息材料、材料可靠性及结构性能表征等方向展开交流。相关议题表明，无机材料研究正在由成分、制备与静态性能测试，进一步转向冲击、振动和快速断裂条件下的动态响应与失效过程分析。

玻璃、陶瓷及电子封装中的无机功能材料通常具有高刚度、低断裂应变和明显的脆性特征。一旦局部应力超过临界值，裂纹可能在极短时间内起裂并快速扩展。传统应变片、位移传感器和试验机数据能够获得局部或整体响应，但较难完整描述冲击波传播、振动模态及裂纹尖端的瞬态演化。

数字图像相关（Digital Image Correlation，DIC）技术通过跟踪试件表面散斑图像，获得全场位移、应变及其时间变化。与高速摄像结合后，高速DIC能够将微秒至毫秒尺度的材料响应转化为定量力学数据，为无机材料及相关功能构件的冲击可靠性、动态振动和脆性断裂研究提供实验依据。

高速三维DIC测量显示屏玻璃冲击变形

显示屏玻璃具有厚度小、刚度高和断裂应变低等特征，其跌落可靠性不仅取决于玻璃本体，还受到边框约束、贴合层和模组结构共同影响。钢球撞击时，局部凹陷和弯曲波会迅速向周围传播，仅凭冲击后的外观检查难以还原载荷传递过程。

在TM公司开展的一项显示屏跌落试验中，研究人员采用千眼狼（Revealer）高速三维DIC系统测量15.6英寸显示屏受到钢球冲击后的瞬态变形。系统基于2台S1315型高速摄像机，以1280×1024像素、15,000帧/秒记录冲击过程。针对显示屏表面不便喷涂散斑的问题，试验通过屏幕直接显示数字散斑，为图像相关计算提供稳定纹理。

结果显示，钢球接触屏幕后，冲击点附近首先产生局部凹陷，并形成向四周传播的环形弯曲波。约2.4 ms时，冲击区域达到首个变形峰值，局部合位移约为0.32 mm；此后波动继续向边缘传播，并在边界反射和结构回弹作用下发生能量重分配。约6.8 ms后，屏幕进入衰减振动阶段。

图1-使用高速DIC测量的显示屏冲击位移场

该实验表明，高速DIC能够记录显示玻璃冲击响应的空间传播过程，而不只给出冲击点的单一位移。相关结果可用于比较不同玻璃厚度、边框刚度、贴合方式和缓冲结构下的冲击响应，为显示模组可靠性设计提供数据支持。

超高速三维DIC分析电子组件振动与冲击响应

电子元器件可靠性试验中的被测对象通常是由印制电路板、封装材料、焊点和元器件组成的多材料组件，并非严格意义上的单一无机材料。其与无机材料研究的关联，主要体现在陶瓷封装、玻璃纤维增强基板、硅基芯片及脆性界面在振动和冲击环境下的协同响应。

工业和信息化部某所开展的一项试验中，研究人员采用千眼狼（Revealer）超高速三维DIC系统测量焊有元器件的PCB组件在定频、变频振动及高加速度冲击条件下的位移、应变和加速度响应。定频和变频试验覆盖50～2000 Hz，冲击工况的Z向加速度达到约10,000 m/s²。高速冲击阶段采用2台NEO25型高速摄像机以80,000帧/秒记录约10 ms内的瞬态过程。

测量结果显示，定频工况下组件在225 Hz附近表现出明显动态响应，超高速三维DIC计算得到的加速度约为200 m/s²，与试验加载条件基本一致。变频分析能够识别结构响应随激励频率的变化，冲击试验则记录了Z向位移、应变和加速度在短时间内的突变过程。

图2超高速DIC测量的电子组件变频振动下加速度、位移、应变与振动模态

超高速三维DIC能够在同一时刻测量整个观测区域，有利于识别板级弯曲模态及局部高应变区域。若结合焊点截面分析、失效定位和疲劳试验，可进一步研究陶瓷封装、焊点及基板界面的潜在失效风险。

超高速DIC测量玻璃裂纹扩展

玻璃是典型的脆性无机非金属材料。其断裂前弹性变形较小，而裂纹一旦起裂，扩展速度可达到数百米每秒。普通高速摄像机和试验机采样系统通常难以同时满足时间分辨率与空间分辨率要求。

北京工业大学开展的一项预制裂纹玻璃弯曲试验中，研究人员采用千眼狼（Revealer）超高速摄像机NEO25M与数字图像相关DIC技术，测量裂纹尖端位移及裂纹扩展过程。针对尺寸约24 mm×4 mm的试件，系统通过ROI设置，将采集帧率提高至180,000帧/秒，以捕捉微秒尺度的裂纹传播。试件表面采用哑光涂层制备散斑，并使用放大镜头提高小视场成像分辨率。

数据处理中，研究人员在裂纹传播路径两侧设置测量区域，通过区域间横向位移差表征裂纹张开响应；同时沿裂纹扩展方向布置多个分析区域，根据相邻区域发生应变突变的时间差和实际间距，计算裂纹在不同阶段的传播速度。

该方法可将高速序列图像中的裂纹运动转化为位移和时间数据，用于分析裂纹起裂时刻、传播方向和阶段性速度，并为断裂力学模型及数值仿真提供实验验证。

图3-使用超高速DIC测量的玻璃裂纹尖端横向位移

结语

无机材料的力学行为不仅取决于材料组成和微观缺陷，也受到边界约束、加载速率及结构组合方式影响。随着研究由静态强度测试拓展至冲击、振动和快速断裂，传统离散测量越来越难以完整描述瞬态变形与失效过程。

数字图像相关（DIC）技术通过非接触、全场和时序化测量，可将无机材料及相关功能构件的表面图像转化为位移场和应变场。高速DIC能够描述显示屏玻璃冲击波的传播过程，超高速DIC则可分析电子组件的振动冲击响应，并捕捉玻璃裂纹的微秒级扩展。

上述应用表明，数字图像相关（DIC）技术正在由高速现象记录手段，逐步发展为无机材料冲击可靠性评价、动态结构表征、脆性断裂分析和数值模型验证的重要实验工具。