带隔爆防护罩的DIC测量系统在易爆颗粒粉压装全场变形测试中的应用

分步压装是含能颗粒装药的关键工艺，粉体流散性能直接决定装药密度与作业安全。开展压装过程颗粒流动、堆积变形与温升演化的量化研究，对评估粉体工艺适配性、规避安全隐患至关重要。

但被测对象属于易爆介质，同时粉体压缩变形兼具宏观整体压实与细观颗粒局部畸变特征，传统测试手段无法同时获取宏观‑细观多尺度全场变形信息。

新拓三维搭建配置隔爆防护罩的多维度DIC综合测试系统，实现易爆粉体压装工况下非接触、多尺度的变形与温度同步监测，解决该特殊场景的试验检测难题。

定制隔爆罩的DIC非接触测试系统

多维度DIC测量系统硬件构成与关键指标

整套试验平台由三维DIC应变测量单元、显微DIC应变测量单元、防爆力学加载单元、多模式测温单元四部分组成，相机模块配套定制隔爆防护罩，满足危险工况安全使用要求。

三维DIC全场应变测量单元

配置500万像素工业相机与400万像素高速相机，普通模式帧率35fps，高速模式可达 500fps；可接入试验机力值信号，同步解算弹性模量、泊松比等力学参数，静态测试跳动应变≤0.01%。

显微DIC细观应变测量单元

搭载体式显微镜，变倍区间0.8×‑10×，测量幅面2‑10 mm；相机最大帧率75fps，整机配备防爆防护罩，适配细观尺度危险样品观测。

防爆小型力学试验机

最大试验载荷500N（微型拉伸工况最高2kN），0.5 级测力精度，有效测力区间满量程0.4%‑100%，完成粉体样品的压缩加载复现分步压装受力条件。

温度同步采集单元

集成接触式多路温度记录仪（‑50~300℃，分辨率0.1℃）与非接触红外热成像仪；红外热成像像素640×512，测温区间‑20~550℃，测温精度±2℃，实现测点温度与全域温度场记录。

试验实施流程

1、将易爆造型粉颗粒装填至透明压制容器，完成DIC测试系统架设，确认隔爆防护部件就位；

2、防爆力学试验机执行压缩加载，三维DIC、显微DIC采集图像序列，红外测温装置同步记录全过程温度数据；

3、DIC软件完成图像相关运算，输出宏观、细观尺度下位移场、应变场，同步关联力温度时序数据，完成多源数据耦合分析。

试验数据解读

三维DIC技术测试结果

位移场：压装加载过程中粉体试样位移随加载时间持续增大；位移分布呈现从上至下梯度递减，试样上部受冲头直接作用位移最大，向下逐步衰减，和粉体受压压实的理论变化规律保持一致，完整获得柱体全域位移分布，区别于单点传感器仅可获取少数位置数据的局限。

应变场：随载荷提升试样整体应变量持续增长；粉体内部出现明显局部应变集中区域，反映颗粒间挤压、滑移带来的非均匀变形；该类局部高应变位置，也是压装过程摩擦生热的潜在高危区域。

压装过程位移场云图

压装过程应变场云图

显微DIC细观测试结果

显微尺度下，试样位移随加载逐步增加，位移梯度从加载侧向底部逐步降低；加载阶段最大细观应变量达到100微应变量级，可以捕捉颗粒之间微小挤压、错动带来的微弱变形。

DIC技术表征粉体柱体整体压实行为，显微DIC捕捉颗粒级别的细观畸变；二者结合实现 “整体细观”跨尺度变形解析，识别肉眼无法分辨的局部颗粒运动特征。

压装过程细观位移场云图

压装过程细观应变场云图

温度场测试结果

接触式多路温度记录仪输出多点时序温度曲线，红外热成像输出二维温度云图，同步记录压装过程粉体内部、表面温升变化；可将温度热点与DIC得到的应变集中区域做位置对应，建立局部大应变摩擦生热温升的关联关系。

接触式测温仪数据

温度场云图

试验科研与工程价值

1、危险工况安全非接触检测

依托隔爆防护结构与光学非接触测量方式，摒弃接触式传感器，消除接触元器件带来的引爆风险，适配易爆含能粉体的压装试验环境。

2、实现跨尺度变形表征

三维DIC技术与显微DIC测量技术协同，同时获取粉体柱体宏观压实变形以及颗粒细观滑移畸变，弥补传统手段只能得到整体压力位移曲线的短板，解析粉体非均匀受压的内在机理。

3、工艺安全评价量化依据

将位移、应变分布和温度场数据耦合，定位压装过程应变集中、温升热点区域，评价粉体流散性优劣，识别工艺危险点，为分步压装工艺参数优化提供量化试验数据。

4、支撑装药工艺迭代

该套DIC测量系统方案可用于不同配方造型粉的对比试验，指导粉体物料改性、压制压力、单次装药量等工艺参数调整，提升装药产品质量，降低实际生产过程的安全风险。