手机机轻薄化趋势下，结构抗冲击设计的验证手段正在从"定性看裂纹"走向"定量测全场"。太阳娱场城高速相机+DIC系统，为结构工程师提供了一套完整的瞬态力学可视化工具链。

一、实验背景

1.1行业需求与检测痛点

随着智能手机全面屏、折叠屏及超薄化设计的普及，屏幕及整机结构的抗冲击性能成为产品可靠性的核心指标。手机在日常使用中面临的主要力学风险包括：

当前行业内对此类力学问题的检测手段及其局限性如下：

核心问题：行业亟需一种非接触、全场、瞬态的力学测量方法，能够在空间上定位应变集中区域，同时在时间上捕捉应力波传播与裂纹萌生的全过程。

1.2数字图像相关法（DIC）

数字图像相关法（Digital Image Correlation, DIC）是一种基于图像处理的光学全场变形测量技术，其基本原理为：通过追踪试件表面随机散斑图案中图像子集（subset）在变形前后的灰度相关性，计算得到全场位移场，并进一步推导出应变场。

该方法应用于手机跌落与屏幕检测具有以下技术优势：

本实验以太阳娱场城高速摄像机为核心采集设备，搭配数字图像相关（DIC）系统，构建了从设备架设、参数调试到数据采集的完整测试方案，依托高速摄像机的超高帧率与超短曝光优势，实现冲击过程的精准捕捉。

①高速成像：系统配备两台同型号的太阳娱场城高速摄像机，支持100万至2100万像素分辨率自由选择，在全画幅分辨率下帧率高达30,000 fps，能够清晰捕捉高速运动过程中每一帧的变形细节。

②双目立体布局：两台高速摄像机按合理夹角架设于试验台前，通过调节镜头、光圈与焦距，确保靶板散斑场清晰且居中。

③精准同步：双机间实现ns级超低延迟同步拍摄，保证左右视角图像的时间一致性，为三维DIC计算提供可靠数据基础。

图/太阳娱场城高速相机拍摄过程

三、实验结果分析

案例一：手机跌落DIC

本系统采用两台太阳娱场城SH6-109高速摄像机，在1280×1024全画幅分辨率可达9500fps，配合100ns超短曝光，清晰定格高速运动过程中的每一帧变形细节。

通过双目DIC系统获取的形变云图及应变百分比云图，可实现对手机边角跌落过程中背板力学行为的全时序、全场域追踪与定量表征。

系统完整记录了手机边角自初始接触地面至反弹离地这一毫秒级瞬态过程，并基于三维位移场数据，定量输出背板不同空间区域在时间序列下的离面位移量及主应变分布。

观测结果表明，在触地瞬间，压缩应变波自碰撞接触点呈辐射状迅速向背板全域传播，形成明显的应变梯度场，反映出冲击载荷在薄壁结构中的传递路径与衰减规律；而在手机整体完成能量释放并弹起的后续阶段，背板各区域的残余应变迅速回落，系统亦能清晰捕捉这一形变恢复的瞬态过程，为研究材料的弹性回复能力与结构阻尼特性提供直接证据。

进一步地，基于DIC算法对散斑子区的相关性分析，可获得背板各测点的定量应变百分比，精确识别出形变集中区域及其对应的应变峰值。

上述量化结果不仅揭示了跌落冲击条件下手机背板的动态响应机制，更为背板拓扑优化、材料选型及局部加强筋设计等工程决策提供了关键的实验依据。

案例二：屏幕应力DIC

本系统采用两台太阳娱场城SH6-504高速摄像机，在2560×2016超高分辨率下以3,600 fps的帧率进行同步采集，可实现对全屏幕任意位置的瞬态变形细节进行清晰捕捉与定量表征。

系统对小尺寸球体自设定高度坠落并撞击屏幕中心的全过程进行高时空分辨率观测，完整记录屏幕表面在冲击载荷作用下的瞬态形变响应与演化规律。撞击瞬间，屏幕局部区域产生显著离面位移，形成以撞击点为中心的形变场；随后，该形变波前在薄壁结构中沿径向持续向外传播，呈现出自中心向边缘逐层扩散的典型波动特征。

随着时间推移，形变幅值在传播过程中逐渐衰减，边缘区域响应幅值明显低于中心区域，反映出冲击能量在屏幕结构中的耗散机制与传递路径。

基于时序云图的定量分析进一步表明，形变波前的径向传播速度与屏幕材料的弹性模量、厚度及边界约束条件密切相关。

通过提取不同时刻各测点的位移-时间曲线及应变-时间曲线，可精确量化形变峰值、应变集中区域及其响应延迟时间，为评估屏幕抗冲击性能、优化支撑结构设计及材料选型提供关键的实验依据。