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基于数字图像相关法DIC技术的电脑屏幕跌落测试与变形机理分析

1实验背景

3C电子产品正向轻薄化、高屏占比方向发展,显示屏作为人机交互的核心部件,其抗摔性能成为用户体验的核心指标。在某微电子厂电脑屏幕钢球跌落测试实验中,测试人员引入中科君达视界自研的千眼狼数字图像相关DIC技术,结合万帧级高速摄像机,针对屏幕产品在跌落冲击下的力学行为进行研究。

2实验目标

I. 利用高速DIC仪器捕捉屏幕在钢球冲击下的全场位移响应。

II.识别屏幕变形的阶段性力学特征及能量耗散机理。

3实验简介

3.1 实验配置:实验对象为某型号笔记本电脑显示屏模组,冲击方式钢球从预定高度自由落体冲击屏幕中心区域,高速DIC仪器由2台高速摄像机S1315组成双目立体视觉系统采集跌落瞬态图像,数字图像相关DIC软件进行应变分析,配备蓝光光源用于增强表面散斑对比度。

3.2 实验步骤:首先在屏幕表面制备高对比度散斑图案,将钢球置于释放机构上,触发钢球自由落体撞击屏幕,同步启动高速摄像机捕获完整动态响应过程,提取序列图像,采用千眼狼数字图像相关DIC软件解析位移场演化特征。

4实验数据解析

千眼狼高速DIC仪器成功捕捉了钢球撞击后10 ms内屏幕的全场位移演化过程时序图像,根据变形形态、波前传播特征与动态响应趋势,定位三个关键时间节点2.4 ms,5.0 ms,6.8 ms。

I. t=0~2.4 ms:能量初始输入期

钢球撞击屏幕瞬间,冲击点区域迅速产生局部凹陷,形成一个明显的环形波纹,该波纹以撞击点为中心快速向四周扩散,2.4 ms时达到首个形变峰值,撞击点附近阶段点合位移达0.32 mm,此阶段以局部压缩与弹性变形为主,冲击能量集中于冲击点附近,尚未激发全局振动。

II. t=2.4~5.0 ms:能量快速传播期

2.4 ms后,环形波纹继续向四周呈辐射状传播,波纹幅度逐渐减小,表明屏幕材料内部的应力波在传播中逐渐衰减,同时屏幕左上角位移梯度较右下角更陡,表明屏幕材料局部刚度存在差异,能量由中心向四周梯度扩散,边角区域开始承受弯曲应力,部分冲击能量转化为结构振动能。

III. t=5.0~6.8 ms:能量回弹重分布期

5.0 ms后,在反射波与入射波叠加效应下,局部能量集中,撞击点附近阶段点最大合位移达到峰值1.4 mm,变形形态由“梯度起伏”向“中心凹陷”过渡。

IV. t=6.8~10 ms:能量耗散期

6.8 ms后屏幕进入自由振动阶段,撞击点附近阶段点位移在1.1~1.4 mm区间振荡,未出现明显的二次变形,表明冲击能量已通过材料阻尼和结构振动逐步耗散完毕。

5实验结论

本次实验采用中科君达视界提供的千眼狼高速DIC仪器完整捕获了电脑屏幕在钢球跌落测试中10 ms内的动态响应过程,基于位移云图的时序分析,重点解析了能量输入、能量传递、能量回弹、能量耗散4个典型变形阶段位移场演化,实验发现屏幕的冲击响应具有明显的阶段性结构响应特征,各阶段对应不同的能量传递和耗散状态及受材料阻尼和结构边界条件的影响情况,帮助工程师定位屏幕材料的优化方向。

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