应用探析|千眼狼高速摄像机、数字图像相关DIC测量系统、粒子图像测速PIV测量系统在非线性振动领域中的应用

5月12日，广西南宁，“第二十届非线性振动暨第十七届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议”圆满落幕。会议聚焦了运载工具动力学与控制、流固耦合振动、动力学与实验技术、随机振动与随机动力学、微纳结构振动等关键议题。

千眼狼科学仪器携自主研发的高速摄像机、数字图像相关DIC测量系统、粒子图像测速PIV系统受邀参会，并向与会专家学者展示了非线性振动领域中的经典应用。

应用领域1—运载工具动力学与控制

飞机、汽车等运载工具在运行中在各种复杂激励下，产生非线性振动。研究关键部位如车身、机翼的振动特性，可评估载具的性能和舒适性，助力优化运载工具的动力学设计。

千眼狼高速摄像机以每秒数千帧捕捉汽车轮胎经过减速带时的局部变形情况，包括轮胎花纹块的挤压细节。通过拍摄的序列图像进行处理和分析，计算出轮胎振动的频率和周期。

DIC应变测量系统可对轮胎表面进行全场应变测量。通过在轮胎表面施加散斑图案，然后利用高速摄像机拍摄轮胎经过减速带的图像序列，计算出轮胎花纹块和胎侧等关键部位的应变分布，为轮胎的结构优化设计提供依据。

应用方向2—流固耦合振动

流体与固体结构如桥梁、风力发电机叶片之间的相互作用会导致振动现象。利用PIV流场测量系统测量桥梁周围风流场的速度和涡量变化，利用高速摄像机记录桥梁的振动情况。结合二者的数据，可以分析风流场变化与桥梁振动的互作机制，用于在桥梁前缘后缘底部等增加抗涡措施，减轻涡流的影响，提高桥梁设计的安全性。

应用领域3—动力学与振动实验技术

机翼在气流作用下可能会出现一阶弯曲振动、二阶弯曲振动以及扭转振动，这些多个阶次的振动模式可能同时存在或相互耦合。利用高速摄像机可以清晰捕捉到机翼在不同振阶下的位移变化，DIC测量系统通过图像序列，可确定不同振动模式的频率、振幅和相位参数。

应用领域4—随机振动与随机动力学（非线性振动案例里面的博物馆地震测量）

地震模拟实验主要通过振动台模拟地震随机性的激励源，利用高速摄像机、DIC应变测量系统捕捉结构损伤演化过程图像序列，通过在模型表面施加散斑图案，实时测量结构件各个点在随机激励源下的位移、应变和振动模态，进而评估模型建筑物在地震作用下的损伤和失效机制。

应用领域5—微纳结构振动研究

在微纳结构如摩擦电动纳米发电机（TENG）的振动研究中，利用高速摄像机捕捉TENG在不同拉伸应变下的振动瞬态图像，揭示振动频率、振幅与接触面积的动态关系，为能量搜集效率的优化提供依据。DIC测量系统则通过全场应变测量，定量表征复合材料的局部应变分布，为研发人员优化微纳结构设计、提升关键性能提供支持。

5 结语

千眼狼高速摄像机、DIC应变测量系统及PIV流场测量系统，以其高时空分辨率、多场耦合分析能力，为非线性振动理论的完善、控制技术的创新以及工程应用的拓展提供实验数据支持，推动我国非线性振动领域的研究持续发展、创新。