[發明專利]一種基于結構表面位移場的疲勞裂紋擴展實時監測方法

有效

• 申請號: 202111116027.3
• 申請日: 2021-09-23
• 公開（公告）號: CN113865487B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 胡殿印;趙炎;毛建興;王榮橋
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01N21/88;G01N21/95
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 張乾楨;鄧治平

1.一種基于結構表面位移場的疲勞裂紋擴展實時監測方法，其特征在于，實現步驟如下：

步驟一：按照疲勞試驗的測量需求，搭建疲勞裂紋擴展試驗平臺，將顯微鏡和高速相機置于待測試件正前方預定位置，并調節顯微鏡焦距，直到與高速相機連接的計算機能夠清晰顯示裂紋監測區域為止；

步驟二：采用高速相機記錄同一載荷下疲勞裂紋擴展試驗開始前和試驗過程中的試件表面數字圖像；

步驟三：采用數字圖像相關法計算試驗過程中試件表面位移場；

步驟四：利用疲勞裂紋尖端定位算法，計算不同循環下的裂紋尖端坐標；

步驟五：利用疲勞裂紋長度測量算法，測量不同循環下的裂紋長度；所述步驟四中，在待測結構表面存在裂紋時，沿拉伸方向會出現非連續的位移場，該非連續位移場會導致局部位移值的突變，通過尋找該非連續位移場尾部突變位移值的像素點位置，通過計算裂紋尖端的橫坐標和縱坐標，實現疲勞裂紋尖端定位；

步驟六：利用疲勞裂紋路徑描述方法，在裂紋圖像中顯示裂紋擴展路徑；

所述疲勞裂紋尖端定位方法，設疲勞試驗不同循環數下的變形位移場為U，U為m×n矩陣，沿加載方向每一列相鄰兩像素點的位移值差值的絕對值記為D，然后，每一列D的最大值記為D_max，遍歷整個位移場記錄每一列D_max的橫坐標和縱坐標記為D_max像素位置，公式如下：

D_(i,j)＝|U_(i+1,j)-U_(i,j)|,i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m (1)

式中，D_(i,j)為位移差的絕對值，D_max,j為第j個加載循環的D最大值，則曲線D_max的拐點即為裂紋尖端的位置；則設初始裂紋位置坐標為P₀(x_m,y_n)，疲勞加載后的裂紋尖端位置坐標為P_c(x_m,y_n)，n＝1,2,3,……,C，C為疲勞加載的循環數，利用裂紋長度測量算法確定P₀與P_c的位置，即求非連續位移場中位移值突變點的位置，求沿Y方向相鄰兩個像素點位移值差值的絕對值的最大值，沿X方向遍歷整個位移場，在連續位移場與非連續位移場交界處會存在一個突變點，該突變點即為裂紋尖端的坐標P_c(x_m,y_n)。

2.根據權利要求1所述的一種基于結構表面位移場的疲勞裂紋擴展實時監測方法其特征在于：所述疲勞裂紋長度測量方法，利用裂紋長度測量算法，測量不同循環下的裂紋長度，設裂紋尖端初始位置坐標值P₀(x_m,y_n)與第C個加載循環下的裂紋尖端坐標值P_c(x_m,y_n)，求得裂紋長度L＝|P_c(x_m,y_n)P₀(x_m,y_n)|。

3.根據權利要求1所述的一種基于結構表面位移場的疲勞裂紋擴展實時監測方法其特征在于：裂紋路徑描述方法，在裂紋圖像中顯示裂紋擴展路徑，具體為：

記錄每個循環下的裂紋尖端像素坐標，并將該像素坐標在“當前圖像”中描繪出來，即可實時顯示裂紋擴展路徑。