微尺度下的食品力学行为-显微DIC系统用于意大利面弯折变形研究

案例背景

面条，看似寻常，却承载着复杂的力学行为。高筋度，成就了意大利面紧实有弹性的口感。普通面条煮5分钟就灵魂出窍了，意面入锅10分钟依然“坚挺”，能够保持很好的嚼劲。

从食品科学到材料科学，对面条的结构、筋道口感、抗变形能力的研究，面条的微观变形行为一直是理解材料力学响应的关键环节。

然而，传统的宏观测量方法，难以捕捉面条在微小尺度下的精确变形和应变分布，尤其在非破坏性、动态加载条件下，挑战重重。

如何精确描绘面条在弯折过程中的每一丝形变，理解其微尺度力学特性？这不仅是科学研究的需求，也是推动新材料、新工艺发展的基石。

显微DIC技术的应用

要深入理解微小尺度材料的变形行为，载荷控制、实时显微观测、全场应变计算的核心试验过程不可或缺。新拓三维XTDIC-MICRO显微应变测量系统，正是满足这一需求的非接触式测量方案。

• 高精度微观观测：显微DIC系统，在显微尺度下进行追踪分析，能够捕捉到肉眼难以察觉的微小变形。
• 全场应变测量：与点测量（如应变片）不同，DIC技术基于图像匹配原理，可以同步获取物体表面所有点的位移和应变信息，提供全场变形与应变数据。
• 非接触式测量：无需接触样品，避免了因接触可能引入的干扰或对样品造成损伤，尤其适合易碎、柔软或表面复杂的材料。
• 测量精度高：支持一键全自动采集和标定，内置显微镜光学畸变失真校正功能，位移测量精度0.01pixel，应变测量精度可达20个微应变。

在研究意大利面弯折变形时，显微DIC系统通过其高分辨率、全场、非接触、动态测量的能力，精确测量面条在弯折点、边缘区域乃至整个截面的应变分布，揭示“热点”区域。

意面折弯试验过程

试验目的：利用显微DIC系统，研究特定品种意大利面在不同弯折加载下的应变分布特性，探索其与面条厚度、直径及内部结构的关系。

试验步骤：

样品准备：选取长度、直径、材质一致的意大利面样本。在面条表面喷涂或粘贴随机散斑图案=，便于DIC软件追踪。确保面条完全干燥且图案清晰。

系统校准：对显微DIC系统相机和体式显微镜进行精确的镜头畸变校正和系统标定，确保测量精度。

图像采集：在意面折弯加载过程中，显微DIC系统相机采集面条表面图像序列。采集范围覆盖预计的最大变形区域。

数据分析结果

数据处理：使用DIC软件，将连续图像帧进行匹配，计算出面条上每个像素点的位移场，并进一步计算出应变场（包括正应变和剪应变）。

（1）DIC软件计算意大利面条弯折过程的位移云图数据；

（2）面条表面长短边两个方向选取两个点对，绘制两个方向线应变曲线。

（3）应变云图直观地展示了从加载点到固定端，面条表面应变的梯度变化和空间分布特征。

显微DIC系统在研究面条等柔性、细长结构弯折变形与应变方面，具有高分辨率、高放大倍数和数据全面性等优势，揭示了面条微观尺度下的力学行为，为食品科学、材料工程等领域提供了强大的分析工具。它不仅解决了传统方法的精度和适用性瓶颈，更开启了对材料变形进行微观层面深入理解的新大门。

显微DIC测量系统，3D-DIC技术与原位微型试验机相结合，可用于测试微小尺寸材料的力学特性；显微DIC测量系统配合冷热台，还可用于特有温度梯度下的变形测试，如热变形效应测试，热膨胀系数等。