[發明專利]用于斷裂韌度的施力點位移和缺口張開位移的測量方法

有效

• 申請號: 201310755294.4
• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN103697823A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 陳旭;張喆;陳剛;李珞;石磊
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

技術領域

本發明涉及材料的斷裂韌度（韌性）試驗，特別是涉及用于斷裂韌度的施力點位移和缺口張開位移的測量方法。?

背景技術

斷裂韌度在斷裂力學基礎上建立起來的，指材料在外載荷作用下抵抗開裂和裂紋擴展的能力，也就是材料在斷裂前所經歷的彈塑性變形過程中吸收能量的大小。斷裂韌度反映了材料的強度和塑性，是強度和塑性的綜合體現。為防止低應力脆斷選用材料時，根據材料的斷裂韌度指標，可以對構件允許的工作應力和裂紋尺寸進行定量計算。準確地測試材料的斷裂韌度不僅可確保其結構使用的安全性，而且是在新產品研發中評價其是否滿足管材韌性要求的有效途徑。因此，斷裂韌度是斷裂力學認為能反映材料抵抗裂紋失穩擴展能力的性能指標，對構件的強度設計具有十分重要的意義。傳統的評價斷裂韌度的參數有：應力強度因子K、裂紋尖端張開位移CTOD和J積分。裂紋尖端張開位移CTOD是由缺口張開位移計算得到，參數J是通過計算施力點位移得到的。缺口張開位移和施力點位移是一個動態的過程，在整個試驗過程中數據需要動態采集，在后期的數據處理中，可以得出缺口張開位移的塑性分量，用于計算CTOD值，以及得出力和施力點位移曲線下面積的塑性分量，用于計算J積分。而且，針對單試樣法測量啟裂韌度，需要多次加載卸載，也需要兩個位移具有一定的連續性。所以，為了得到準確的斷裂韌度，在實驗中精確測量這兩個位移是至關重要的。根據國標GB/T21143-2007和很多文獻資料所示，通常采用夾式引伸計測量缺口張開位移，采用在彎曲桿上貼應變片的方式測量施力點位移。夾式引伸計通常安裝在刀口上，所以刀口與缺口的粘貼很重要，同時對缺口的加工要求也很高，受裝卡影響較大，并且引伸計需要經常標定，以確保測量的精準性。采用貼應變片的方式雖然精度較高，但是應變片長期暴露在外面，受外界環境影響較大，所以需要定期更換應變片，較為麻煩。如果一個試件想同時得到CTOD和J值，需要同時測量施力點位移和缺口張開位移，準備工作很多，實驗裝置也相對復雜，極為不方便，?

發明內容

本發明的目的是針對上述存在問題，提供一種非接觸的測量方法，可以一次性測出施力點位移和缺口張開位移，方便快捷，易于實驗操作，且測量精度理想。?

本發明的技術方案：?

基于面陣電荷藕合器件圖像傳感器CCD視覺系統的非接觸測量，是通過對像素的捕捉得到變形信號，信號通過圖像處理和單元處理，并從圖像處理軟件中讀出。目前，電子設?備發展很快，都是單一的發展和應用，而對于開發應當的很少。我們就是根據相機和自帶系統，使他們應用于測量這兩種位移中，這是目前還沒有的。?

采用標準試件做實驗，標準試件是需要先用線切割切割裂紋缺口，并且需要預制裂紋，然后才能開始實驗。做斷裂韌性實驗的標準試件，本身就是有缺口有裂紋的。首先對試件進行標記，在白紙上用兩個黑色實心圓分別標記在已有裂紋缺口兩側，并對標記位置進行定位。實驗時，通過黑白像素捕捉兩個圓的邊界，計算出實心圓的圓心，可以測出兩個圓心之間距離的變化，即為缺口張開位移V₁。?

同理，在已有的實心圓下方，即靠近裂紋擴展方向再標記兩個實心圓，同時測出第二組缺口張開位移V₂，通過公式可計算出施力點位移。標記位置不可以超出已有的裂紋缺口長度，防止因裂紋尖端的塑性變形導致標記的不平整，影響測量結果。標簽紙可通過熱敏打印機或標簽打印機打印，確保打印清晰，圖像精細。?

本發明的優點是：該非接觸測量方法舍棄了夾式引伸計和彎曲桿的附加結構，通過光學圖像原理和圖像處理軟件，同時測量施力點位移和缺口張開位移，沒有裝卡因素和環境因素的影響，更加精確、方便、易于實驗操作，對環境要求不高。同時采樣速度快，測量空間范圍大，精度較高，實時性能好，內置網絡通信易于與計算機連接實現上位機程序的測量。?

附圖說明

圖1：基于面陣CCD的非接觸測量原理圖。?

圖2：測量方法示意圖。?

圖3：X80管線鋼整體測試系統。?

圖4：標記的放大與識別。?

具體實施方式

下面結合附圖所示的非接觸測量原理和測量方式示意圖，對本發明過程加以詳細說明。?