近日，中国材料大会2026在武汉落幕，大会覆盖能源材料、信息材料、先进结构材料、生物医用材料、环境材料、安全材料和人工智能材料等方向设置专题论 坛。其中在与复合材料相关的专题中，不仅包括金属基复合材料、纤维材料改性与复合技术等材料体系研究，也涉及结构材料热—动力学、冲击环境材料技术、材料结构与性能表征技术以及仿生材料等交叉议题。复合材料研究对象正在从“材料组分与制备工艺”扩展至“材料—结构—载荷—环境”耦合条件下的服役行为。

　　这一变化对实验表征提出新的要求。复合材料通常具有多相、多层级、各向异性和界面主导等特征，其失效过程很少表现为单一裂纹的稳定扩展，而往往涉及基体开裂、纤维断裂、界面脱粘、层间分层、局部屈曲和整体变形等多种机制的竞争与耦合。传统引伸计和应变片能够获得局部测点数据，但难以完整描述应变集中区的形成、转移和扩展过程；单纯依靠载荷—位移曲线，又难以识别宏观刚度变化所对应的具体损伤模式。

　　数字图像相关（DIC）技术，通过跟踪加载前后试件表面散斑子区的灰度特征，计算表面位移场，并在此基础上获得应变场、主应变方向和变形时程。对于具有离面变形的层合板、叶片和薄膜结构，则通常需要采用双目三维DIC，通过立体视觉重建试件表面的三维坐标和三维位移。因此，DIC的实验意义在于将离散测点扩展为连续场测量，使研究人员能够进一步分析应变集中何时出现、局部变形如何迁移，以及结构不同区域如何参与载荷传递。

　　高速DIC：表征粘接金属层板冲击过程中的应变重分布

　　粘接金属层板、纤维金属层板及其他层状复合结构广泛应用于航空航天、车辆防护和轻量化承载结构。落锤冲击过程中，试件可能同时经历局部弯曲、横向剪切、界面损伤及板层分离。由于事件持续时间短、变形速度快，仅观察冲击后的残余凹陷或断口形貌，难以还原损伤发生过程及板层之间的动态相互作用。

　　在北京科技大学开展的一项双层粘合金属复合板落锤冲击试验中，研究团队引入千眼狼（Revealer）高速DIC系统，以1280×600 像素、20,000 帧/秒记录试件侧面的瞬态变形。受落锤试验机防护框架和观测空间限制，现场难以按照常规方式布置两台高速相机，因此采用单台高速摄像机的二维高速DIC，对侧面近似面内变形进行测量。

　　通过对发生分离破坏与未发生明显分离破坏的试件进行比较，两类工况在下层板表面呈现出不同的应变状态：发生分离破坏的试件中，下层板局部区域表现为拉伸应变（见图1）；未发生明显分离破坏的试件中，下层板观测表面整体以压缩应变为主（见图2）。这一差异表明，板层间结合状态变化可能伴随结构局部弯曲形态和表面应变分布的改变。当界面承载能力下降后，不同板层之间的协同变形受到削弱，原有的载荷传递路径随之发生调整，并可能引起局部拉压状态转换。高速DIC的价值在于可以为建立“冲击载荷—表面变形—损伤表征”的关联提供实验依据，并用于比较不同层间结合方式、材料厚度和冲击能量条件下的结构响应差异。

图1-双层粘合板材破坏时，下层板左侧表面区域处于受拉状态

图2-双层粘合板材未破坏时，下层板表面均处于受压状态

　　双目三维DIC：测量复合材料旋翼循环加载下的应变场和位移场

　　复合材料疲劳损伤具有累积性和渐进性。循环加载初期，结构中可能首先出现基体微裂纹、界面微损伤或局部层间损伤；随着循环次数增加，损伤逐步扩展，结构局部刚度和载荷传递路径发生变化，最终表现为应变重新分配、变形幅值改变和整体性能退化。

　　常规疲劳试验通常依据循环次数、载荷幅值、位移、刚度或寿命曲线评价结构性能。这些参数能够反映整体响应，却不一定能够直接定位高应变区域，也难以说明不同结构位置之间的变形差异。

　　在无人机旋翼疲劳试验中，HK航空引入千眼狼（Revealer）双目三维DIC系统，对旋翼在三轴作动器加载条件下的表面位移场和应变场进行测量。测量区域分别沿旋翼展向，即由叶根至叶尖，以及弦向，即由前缘至后缘进行布置。

　　测量结果显示，旋翼表面的主应变具有明显的空间非均匀性。沿展向，主应变时程由近似正弦波逐渐演变为大小峰交错的周期波形，幅值由叶根约90 με增加至叶尖约295 με；沿弦向由前缘至后缘，各区域应变时程总体呈周期变化，其中叶片中部区域幅值约299 με，后缘区域约81 με（见图3）。与应变响应相对应，旋翼展向合位移幅值由叶根区域约0.457 mm增加到叶尖区域约0.644 mm，弦向合位移由前缘约0.656 mm下降至后缘约0.486 mm（见图4）。

图3-使用双目三维DIC系统测量的旋翼表面应变场，上展向，下弦向

图4-使用双目三维DIC系统测量的旋翼表面位移场，上展向，下弦向

　　数据反映了旋翼结构在循环加载下的弯曲-扭转耦合特征。叶尖距约束端较远，整体位移幅值较大；但应变最大位置并不必然与位移最大位置重合，因为局部应变还受到截面刚度、铺层方向、几何过渡和载荷输入位置的共同影响。双目三维DIC的优势在于能够同时测得面内与离面位移，降低旋翼曲面运动和空间转动对测量结果的影响，并在同一坐标体系下比较叶根、叶中和叶尖等区域的力学响应。若在不同疲劳循环阶段进行重复测量，还可进一步分析相同载荷水平下应变幅值、残余变形和相位关系是否发生变化，为识别局部刚度演化提供依据。

　　双目三维DIC：测量柔性膜材气胀过程中的三维形貌演化

　　柔性膜材、复合膜材和柔性蒙皮具有较低的弯曲刚度，在压力、温度或流固耦合载荷作用下容易产生显著离面变形。随着挠度增加，结构响应通常由小变形逐步进入几何非线性阶段，膜面曲率、面内应变和应力状态随三维形貌持续变化。

　　对于此类问题，单点位移传感器只能获得有限位置的挠度信息，难以描述完整鼓胀轮廓；接触式测头还可能对薄膜产生附加载荷。由于薄膜的主要运动方向通常垂直于初始表面，单相机二维DIC也不再满足其基本测量假设。

　　在河海大学一项土工膜气胀试验中，研究人员引入千眼狼（Revealer）双目三维DIC系统测量直径约200 mm的薄膜试件，试验通过气泵持续加压直至试件破坏。以4096×3000 像素、1帧/秒记录约10 min的气胀过程，获得气胀过程中薄膜表面的三维形貌、离面位移及应变分布（图5）。

　　气胀过程中，薄膜由近似平面逐步演化为具有明显曲率的空间曲面，其离面位移和局部应变均呈非均匀分布。双目三维DIC通过重建试件表面三维坐标，可以连续描述鼓胀高度、表面轮廓和应变场随压力加载的变化，为分析薄膜结构的几何非线性响应提供实验数据。

图5-使用双目三维DIC系统测量薄膜气胀过程中的三维形貌和应变演化

　　结语

　　复合材料的宏观性能并非由纤维、基体或界面中的单一因素决定，而是材料组成、结构形式、制造缺陷、边界约束和载荷路径共同作用的结果。随着研究对象由标准试样走向实际构件，由静态加载走向冲击和疲劳，由小变形走向几何非线性，传统离散测量手段越来越难以完整描述结构变形及损伤演化。

　　数字图像相关（DIC）技术通过非接触、全场和时序化测量，将试件表面图像转化为可定量分析的位移场和应变场。高速DIC能够表征层状结构冲击过程中的瞬态应变重分布，双目三维DIC能够测量复合材料旋翼循环加载下的空间变形，也能够重建柔性膜材气胀过程中的三维形貌。

　　这些应用表明，数字图像相关（DIC）技术正在由宏观变形记录手段，逐步发展为复合材料载荷传递分析、损伤过程表征和数值模型验证的重要实验工具。其真正价值不在于生成一幅彩色应变云图，而在于通过可信的全场时空数据，将可观测的结构响应与复合材料复杂的变形和损伤机制建立可验证的联系。