一种内压轴向复合载荷下薄壁管多轴应变测量方法技术

一种内压轴向复合载荷下薄壁管多轴应变测量方法：在薄壁管表面制作标准测试标识作为图像处理的参考；通过CCD相机实时显示在轴向疲劳与内压复合试验过程中被测薄壁管上标准测试标识的图像；确定标识轴向方向和环向方向的距离；利用2个轴向应变标识之间相邻最远的两条边缘间的距离，以及2个环向应变标识之间相邻最远的两条边缘间的距离的变化，计算应变测量值，将变数值输出到上位机显示与存储；将轴向与环向应变应变测量值的数字信号转换成模拟信号输出，为一般力学测试设备提供通用接口。本发明专利技术测试范围可灵活调整，动态响应特性好，适合于对各种金属与非金属薄壁圆管的轴向与环向应变进行实时采集，也可用于金属材料、非金属材料的高温低周与高周疲劳试验。

【技术实现步骤摘要】
一种内压轴向复合载荷下薄壁管多轴应变测量方法
本专利技术涉及一种薄壁管多轴应变测量方法。特别是涉及一种内压轴向复合载荷下薄壁管多轴应变测量方法.
技术介绍
薄壁管在化工、核电等领域广泛应用，对其进行力学性能研究非常必要。然而，对于薄壁管的变形测量存在较大难度。目前，通常采用两个单轴应变片或应变花对薄壁管的轴向变形与环向变形进行测量。然而，应变片测量方法存在如下缺点：1)应变片测量精度受制于诸多因素：如粘贴位置、粘接胶质量、供桥电压稳定性、信号运放电路等，尤其对于薄壁管进行测试时，很难保证测量具有重复性；2)应变片的最大变形量通常为2％，导致其无法应用于薄壁管的大变形测量；3)应变片在实际使用过程中步骤繁琐，需要对被测样品表面进行打磨、抛光后才能粘贴，一定程度上会影响测试样品的性能；4)当薄壁管承受复杂循环外力作用时，应变片容易发生脱落，尤其当薄壁管直径较小时，应变片极容易失效；5)应变片不适合高温测试场合。高温应变片价格极其昂贵，且使用过程中对粘接胶、敏感栅、导线等均提出了极高的要求，导致应变片较少在高温测试中应用。因此，针对薄壁管需要发展一种新的应变测试方法，解决应变片测试重复性差、测量范围小、使用步骤繁琐、使用寿命短等问题，同时能满足高温环境下的变形测量，从而为研究薄壁管的力学性能与疲劳性能奠定试验基础。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种能够解决内压轴向复合载荷作用时薄壁管的应变测量的内压轴向复合载荷下薄壁管多轴应变测量方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种内压轴向复合载荷下薄壁管多轴应变测量方法，包括：1)在薄壁管的表面制作标准测试标识作为图像处理的参考；2)通过与计算机相连的CCD相机和光源实时显示在轴向疲劳与内压复合试验过程中被测薄壁管上标准测试标识的图像；3)通过视觉图像处理软件In-Sight中的标尺工具测得标准测试标识轴向方向和环向方向上最远边缘间像素点的个数，进而确定标识轴向方向和环向方向的距离；4)利用2个轴向应变标识之间相邻最远的两条边缘间的距离，以及2个环向应变标识之间相邻最远的两条边缘间的距离的变化，计算应变测量值，通过视觉图像处理软件In-Sight中的TCP/IP协议，并设定通讯字符串的起始与结束符，将变数值输出到上位机显示与存储；5)将轴向与环向应变应变测量值的数字信号转换成模拟信号输出，为一般力学测试设备提供通用接口。步骤1)包括：(1)在薄壁管表面罩上用于喷涂底漆的底漆掩膜板，在底漆掩膜板的底漆喷漆处喷涂白漆构成标准测试标识的背景，取下底漆掩膜板；(2)待白漆固化后，在白漆处罩上用于喷涂轴向标识与环向标识的标识掩膜板；(3)在标识掩膜板的2个轴向应变标识和2个环向应变标识上喷涂黑漆，取下标识掩膜板，待黑漆固化后，分别构成2个轴向应变标识和2个环向应变标识。步骤2)包括打开视觉图像处理软件In-Sight，调整光源与CCD相机镜头焦距，设定曝光率及采集图像区域，使被测薄壁管及薄壁管上的标准测试标识区清晰的呈现在视觉图像处理软件In-Sight图像中。步骤3)包括：采用视觉图像处理软件In-Sight提供的标尺工具，自动识别2个轴向应变标识和2个环向应变标识的整个边缘，分别以2个轴向应变标识之间相邻最近的两条边缘间的距离，以及2个环向应变标识之间相邻最近的两条边缘间的距离作为被测薄壁管相应方向变形的长度，所述的长度设定为标准测试标识轴向方向和环向方向的距离。根据实际测试图像的质量与清晰程度，设定适当的灰度突变门槛值，2个轴向应变标识之间相邻最近的两条边缘和2个环向应变标识之间相邻最近的两条边缘超过设定的门槛值的灰度变化则认为是所述的最近的两条边缘。步骤4)中所述的计算应变测量值，包括：(1)轴向应变测量值根据如下公式实时计算得到：式中L0、L1分别对应被测薄壁管变形前与变形后的标准测试标识轴向方向距离的像素值，εα为轴向应变测量值；(2)环向应变测量值根据如下公式实时计算得到：式中L’0、L’1分别对应被测薄壁管变形前与变形后的标准测试标识环向方向距离的像素值，εθ为环向应变测量值。对于环向应变测量值，必须保证2个环向应变标识之间相邻最近的两条边缘间的初始绝对距离满足小于其中R为被测薄壁管的初始半径，否则，调整标识掩膜板的尺寸。本专利技术的一种内压轴向复合载荷下薄壁管多轴应变测量方法，高温非接触光学引伸计结构简单，安装方便，测试范围可灵活调整，动态响应特性好，适合于对各种金属与非金属薄壁圆管的轴向与环向应变进行实时采集，也可扩展应用于各种金属材料、非金属材料的高温低周与高周疲劳试验。由于最终的测量方式是采用非接触式CCD传感器，测试结果真实、可靠、可重复，测试成本低，引伸计具有使用寿命长、安装维护方便等优点。此外，将应变信号转化为模拟信号，可输出到接收模拟信号的控制器实现应变闭环控制，具有很好的兼容性。附图说明图1是本专利技术内压轴向复合载荷下薄壁管多轴应变测量方法测试状态示意图；图2是本专利技术中底漆掩膜板结构示意图；图3是本专利技术中标识掩膜板结构示意图。图中1：底漆掩膜板11：底漆喷漆处2：标识掩膜板21：轴向应变标识22：环向应变标识3：被测薄壁管4：上夹具5：下夹具具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术的一种内压轴向复合载荷下薄壁管多轴应变测量方法做出详细说明。本专利技术的一种内压轴向复合载荷下薄壁管多轴应变测量方法，包括如下步骤：1)在被测薄壁管的表面制作标准测试标识作为图像处理的参考；包括：(1)在被测薄壁管表面罩上如图2所示的用于喷涂底漆的底漆掩膜板1，在底漆掩膜板1的底漆喷漆处11喷涂白漆构成标准测试标识的背景，用于增强被测薄壁管边缘与背景的对比度，然后取下底漆掩膜板1；(2)待白漆固化后，在白漆处罩上如图3所示的用于喷涂轴向标识与环向标识的标识掩膜板2；在上述两步中，如果需要在高温下开展试验，则喷漆需采用耐高温漆。(3)在标识掩膜板2的2个轴向应变标识21和2个环向应变标识22上喷涂黑漆，取下标识掩膜板2，待黑漆固化后，分别构成2个轴向应变标识和2个环向应变标识。2)通过与计算机相连的CCD相机和光源实时显示在轴向疲劳与内压复合试验过程中被测薄壁管上标准测试标识的图像；包括：打开视觉图像处理软件In-Sight，调整光源与CCD相机镜头焦距，设定曝光率及采集图像区域，使被测薄壁管及薄壁管上的标准测试标识区清晰的呈现在视觉图像处理软件In-Sight图像中。3)通过视觉图像处理软件In-Sight中的标尺工具测得标准测试标识轴向方向和环向方向上最远边缘间像素点的个数，进而确定标识轴向方向和环向方向的距离；包括：采用视觉图像处理软件In-Sight提供的标尺工具，自动识别2个轴向应变标识21和2个环向应变标识22的整个边缘，分别以2个轴向应变标识21之间相邻最近的两条边缘间的距离，以及2个环向应变标识22之间相邻最近的两条边缘间的距离作为被测薄壁管相应方向变形的长度，所述的长度设定为标准测试标识轴向方向和环向方向的距离。根据实际测试图像的质量与清晰程度，设定适当的灰度突变门槛值，2个轴向应变标识21之间相邻最近的两条边缘和2个环向应变标识22之间相邻最近的两条边缘超过设定的门槛值的灰度变化则认为是所述的最近的两条边缘，这样可以避免仅以轴向某线性路径灰本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内压轴向复合载荷下薄壁管多轴应变测量方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在薄壁管的表面制作标准测试标识作为图像处理的参考；2)通过与计算机相连的CCD相机和光源实时显示在轴向疲劳与内压复合试验过程中被测薄壁管上标准测试标识的图像；3)通过视觉图像处理软件In‑Sight中的标尺工具测得标准测试标识轴向方向和环向方向上最远边缘间像素点的个数，进而确定标识轴向方向和环向方向的距离；4)利用2个轴向应变标识(21)之间相邻最远的两条边缘间的距离，以及2个环向应变标识(22)之间相邻最远的两条边缘间的距离的变化，计算应变测量值，通过视觉图像处理软件In‑Sight中的TCP/IP协议，并设定通讯字符串的起始与结束符，将变数值输出到上位机显示与存储；5)将轴向与环向应变应变测量值的数字信号转换成模拟信号输出，为一般力学测试设备提供通用接口。

【技术特征摘要】
1.一种内压轴向复合载荷下薄壁管多轴应变测量方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在薄壁管的表面制作标准测试标识作为图像处理的参考；2)通过与计算机相连的CCD相机和光源实时显示在轴向疲劳与内压复合试验过程中被测薄壁管上标准测试标识的图像；3)通过视觉图像处理软件In-Sight中的标尺工具测得标准测试标识轴向方向和环向方向上最远边缘间像素点的个数，进而确定标识轴向方向和环向方向的距离；4)利用2个轴向应变标识(21)之间相邻最远的两条边缘间的距离，以及2个环向应变标识(22)之间相邻最远的两条边缘间的距离的变化，计算应变测量值，通过视觉图像处理软件In-Sight中的TCP/IP协议，并设定通讯字符串的起始与结束符，将变数值输出到上位机显示与存储；5)将轴向与环向应变应变测量值的数字信号转换成模拟信号输出，为一般力学测试设备提供通用接口。2.根据权利要求1所述的内压轴向复合载荷下薄壁管多轴应变测量方法，其特征在于，步骤1)包括：(1)在薄壁管表面罩上用于喷涂底漆的底漆掩膜板(1)，在底漆掩膜板(1)的底漆喷漆处喷涂白漆构成标准测试标识的背景，取下底漆掩膜板(1)；(2)待白漆固化后，在白漆处罩上用于喷涂轴向标识与环向标识的标识掩膜板(2)；(3)在标识掩膜板(2)的2个轴向应变标识(21)和2个环向应变标识(22)上喷涂黑漆，取下标识掩膜板(2)，待黑漆固化后，分别构成2个轴向应变标识和2个环向应变标识。3.根据权利要求1所述的内压轴向复合载荷下薄壁管多轴应变测量方法，其特征在于，步骤2)包括打开视觉图像处理软件In-Sight，调整光源与CCD相机镜头焦距，设定曝光率及采集图像区域，使被测薄壁管及薄壁管上的标准测试标识区清晰的呈现在视觉图像处理软件In-Sight图像中。4.根据权利要求1所述的内压轴向复合载...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈刚，徐程，陈旭，高红，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12