拉伸应力应变曲线在缩颈阶段时由系统变频的DIC测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种拉伸应力应变曲线在缩颈阶段时由系统变频的DIC测量方法，适用于不同种类的具有缩颈阶段的塑性金属材料。首先根据电子万能试验机在拉伸标准拉伸试样过程中、实时记录的拉伸应力的变化趋势，由DIC控制中心计算并判断所述拉伸试验所处的拉伸阶段到达缩颈阶段；然后所述DIC控制中心发送第三采样频率给CCD相机，控制CCD相机以更高的采样频率采集所述标准拉伸试样的图像数据。从而由系统根据采集到的应力‑时间曲线，自动判断并实施变频，减少数据采集量，降低对计算机性能的要求，还可提高DIC测量的准确度，获得更为精确的缩颈阶段应力应变曲线，从而更加精准地定位断裂点，给出更加精确的延伸率等性能指标。

DIC measurement of tensile stress-strain curve in necking stage by system frequency conversion

【技术实现步骤摘要】
拉伸应力应变曲线在缩颈阶段时由系统变频的DIC测量方法
本专利技术涉及材料力学性能测试
，尤其涉及一种拉伸应力应变曲线在缩颈阶段时由系统变频的DIC测量方法。
技术介绍
拉伸试验是最常用的材料力学性能测试之一，对材料在拉力作用下的应变和应力进行同时测量，并绘制拉伸应力应变曲线。所测定的拉伸性能指标是材料的基本力学性能之一，其大小表征了材料抵抗外力作用的能力，是评定材料性能的重要依据。其中，屈服强度、抗拉强度、延伸率、杨氏模量等性能指标都能从拉伸应力应变曲线中体现。目前在拉伸实验中，应力由电子万能试验机采集获得，而应变主要是利用传统引伸计来测量。DIC技术(digitalimagecorrelation，数字图像相关法)，作为一种非接触式光学测量试验技术，是一种对图像相关点进行比对的算法。DIC技术的测量系统一般由照明光源、图像采集卡、CCD摄像机及计算机组成，由CCD摄像机实时采集光照下的材料图像，送至图像采集卡后，由计算机进行自动处理，获取所需要的应变等信息。其具有光路简单、环境适应性好、测量范围广以及自动化程度高等优点，已经被广泛应用于工程领域。目前在材料研究的很多方面，尤其是力学性能表征方面，已得到了愈发广泛的应用。其中最为成熟的就是通过DIC技术来代替基于应变片贴附至试样而测量试样应变的应变仪、或使用接触式传感器贴附至试样而测量试样应变的传统引伸计。在典型的塑性材料拉伸试验中，拉伸过程的应力应变曲线一般可分为四个阶段，按时间顺序，依次为弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和缩颈阶段。在前三个阶段中，应变变化相对较慢，应变分布相对均匀，故一般情况下在此三个阶段中，拉伸试验设定的应变速率较小，故采样频率可以较低，故获得的样本量不会太大。但在缩颈阶段，因为应变是集中在缩颈位置的，故局部应变的速率会很大，在断裂点的瞬时应变变化很大，DIC测量系统就需要以很高的频率才能实现实时采集应变值，这会产生大量数据，带来较重的数据处理量。尤其是考虑到因为整个拉伸过程是连续的，并不能准确预测各个阶段的开始时间，故整个拉伸测试的全程都需要使用较高的帧率进行图像采集，以满足断裂点附近的应变变化率，这将导致获得的数据量过于庞大，对计算机的性能要求也会较高，处理数据的时间成本也较高，即增加了后期处理的成本。但若以较低帧率对拉伸试验的全过程进行图像采集，则对于缩颈阶段的测量又会因为不够精细，而导致难以精确定位断裂时刻，使得应力应变曲线不够精准。因此，在工程领域应用的基于DIC测量应力应变曲线的实验中，对于不同阶段，目前主要是通过人工调节采样频率的方式，进行调频测量。即由人工根据拉伸试验中到达不同阶段的大致时间、来给予触发信号，以调整不同阶段的图像采集帧率。但是，人工方法难以相对精准地定位到缩颈点、断裂点等特征点，这就可能导致在非关键时段产生大量冗余数据，增加后期处理的花费，更可能丢失关键阶段的部分精确数据，影响采集的精度。同时人为因素的影响较大，操作难度也大，并且人工干涉的触发信号也会增加整个测量系统的负担，导致影响DIC测量系统的采集稳定性。因此，现有技术需要进一步改进和提高。
技术实现思路
鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种拉伸应力应变曲线在缩颈阶段时由系统变频的DIC测量方法，适用于不同种类的具有缩颈阶段的塑性金属材料，可在较少数据处理量下获得更为精确的缩颈阶段的应力应变曲线。为实现上述目的，本专利技术公开了一种拉伸应力应变曲线在缩颈阶段时由系统变频的DIC测量方法，应用于对具有缩颈阶段的塑性金属材料的测量中，由电子万能试验机对塑性金属材料制成的标准拉伸试样进行拉伸，由DIC测量系统测量所述标准拉伸试样的实时应变；所述DIC测量系统包括DIC控制中心和CCD相机；所述DIC控制中心控制所述CCD相机的采集频率；所述CCD相机在所述采集频率下采集所述标准拉伸试样的图像数据；所述测量方法包括以下步骤：A：取一根标准拉伸试样，由所述电子万能试验机进行拉伸试验，在第一采集频率下，所述电子万能试验机实时记录拉伸应力；B：所述CCD相机，在第二采集频率下，采集所述图像数据；C：所述电子万能试验机同步传输所述拉伸应力至所述DIC控制中心；D：所述DIC控制中心分析所述拉伸应力的变化趋势，实时判定所述拉伸试验所处的拉伸阶段；所述拉伸阶段依次包括弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和缩颈阶段；E：判定到达缩颈阶段后，所述控制中心控制所述CCD相机，在第三采集频率下、采集所述图像数据；所述第二采集频率小于所述第三采集频率。优选地，所述步骤D中，所述DIC控制中心分析所述拉伸应力的变化趋势，具体包括：D1：所述DIC控制中心对所述拉伸应力予以中值滤波处理，获得实时应力值；D2：所述DIC控制中心对连续三个时刻的所述实时应力值实时计算相邻实时应力值间的应力值变化。更优选地，所述步骤D中，实时判定所述拉伸试验所处的拉伸阶段，包括实时判定所述拉伸试验进入缩颈阶段，具体为：D3：所述拉伸应力大于一预设应力值；D4：连续三个时刻的所述应力值变化均为负数；所述预设应力值由所述标准拉伸试样的材料性能设定。更优选地，所述预设应力值大于所述标准拉伸试样的材料上屈服强度或比例屈服强度。优选地，所述第一采集频率为所述第二采集频率及所述第三采集频率的整数倍。优选地，所述标准拉伸试样的平行段的表面制备有方便辨识的散斑，所述CCD正对所述散斑并拍摄散斑图像。更优选地，所述CCD相机连接一计算机的图像采集卡，所述散斑图像通过所述图像采集卡发送至所述计算机，所述计算机根据相邻时刻的所述散斑图像的位置差，实时计算应变值，获得应变-时间曲线。进一步优选地，所述电子万能试验机同步传输所述拉伸应力至所述计算机，所述计算机根据所述第一采集频率，获得应力-时间曲线。更进一步优选地，按照时间对应关系，结合所述应变-时间曲线和所述应力-时间曲线，获得应力-应变曲线。优选地，在所述步骤A之前，还包括步骤：A0：取一根标准拉伸试样，由所述电子万能试验机进行拉伸试验至断裂，获取拉伸应力-时间曲线，计算材料上屈服强度或比例屈服强度。有益效果：本专利技术公开了一种拉伸应力应变曲线在缩颈阶段时由系统变频的DIC测量方法，适用于不同种类的具有缩颈阶段的塑性金属材料。首先根据电子万能试验机在拉伸标准拉伸试样过程中、实时记录的拉伸应力的变化趋势，由DIC控制中心计算并判断所述拉伸试验所处的拉伸阶段到达缩颈阶段；然后所述DIC控制中心发送第三采样频率给CCD相机，控制CCD相机以更高的采样频率采集所述标准拉伸试样的图像数据。从而由系统根据采集到的应力-时间曲线，自动判断并实施变频，减少数据采集量，降低对计算机性能的要求，还可提高DIC测量的准确度，获得更为精确的缩颈阶段应力应变曲线，从而更加精准地定位断裂点，给出更加精确的延伸率等性能指标。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种拉伸应力应变曲线在缩颈阶段时由系统变频的DIC测量方法，应用于对具有缩颈阶段的塑性金属材料的测量中，其特征在于，由电子万能试验机对塑性金属材料制成的标准拉伸试样进行拉伸，由DIC测量系统测量所述标准拉伸试样的实时应变；所述DIC测量系统包括DIC控制中心和CCD相机；所述DIC控制中心控制所述CCD相机的采集频率；所述CCD相机在所述采集频率下采集所述标准拉伸试样的图像数据；所述测量方法包括以下步骤：/nA：取一根标准拉伸试样，由所述电子万能试验机进行拉伸试验，在第一采集频率下，所述电子万能试验机实时记录拉伸应力；/nB：所述CCD相机，在第二采集频率下，采集所述图像数据；/nC：所述电子万能试验机同步传输所述拉伸应力至所述DIC控制中心；/nD：所述DIC控制中心分析所述拉伸应力的变化趋势，实时判定所述拉伸试验所处的拉伸阶段；所述拉伸阶段依次包括弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和缩颈阶段；/nE：判定到达缩颈阶段后，所述控制中心控制所述CCD相机，在第三采集频率下、采集所述图像数据；/n所述第二采集频率小于所述第三采集频率。/n

【技术特征摘要】
1.一种拉伸应力应变曲线在缩颈阶段时由系统变频的DIC测量方法，应用于对具有缩颈阶段的塑性金属材料的测量中，其特征在于，由电子万能试验机对塑性金属材料制成的标准拉伸试样进行拉伸，由DIC测量系统测量所述标准拉伸试样的实时应变；所述DIC测量系统包括DIC控制中心和CCD相机；所述DIC控制中心控制所述CCD相机的采集频率；所述CCD相机在所述采集频率下采集所述标准拉伸试样的图像数据；所述测量方法包括以下步骤：
A：取一根标准拉伸试样，由所述电子万能试验机进行拉伸试验，在第一采集频率下，所述电子万能试验机实时记录拉伸应力；
B：所述CCD相机，在第二采集频率下，采集所述图像数据；
C：所述电子万能试验机同步传输所述拉伸应力至所述DIC控制中心；
D：所述DIC控制中心分析所述拉伸应力的变化趋势，实时判定所述拉伸试验所处的拉伸阶段；所述拉伸阶段依次包括弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和缩颈阶段；
E：判定到达缩颈阶段后，所述控制中心控制所述CCD相机，在第三采集频率下、采集所述图像数据；
所述第二采集频率小于所述第三采集频率。


2.根据权利要求1所述的由系统变频的DIC测量方法，其特征在于，所述步骤D中，所述DIC控制中心分析所述拉伸应力的变化趋势，具体包括：
D1：所述DIC控制中心对所述拉伸应力予以中值滤波处理，获得实时应力值；
D2：所述DIC控制中心对连续三个时刻的所述实时应力值实时计算相邻实时应力值间的应力值变化。


3.根据权利要求2所述的由系统变频的DIC测量方法，其特征在于，所述步骤D中，实时判定所述拉伸试验所处的拉伸阶段，包括实时判定所述拉伸试验进入缩颈阶段，具体为：
D...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄坚，付佳平，聂璞林，姚成武，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31