一种基于结构表面位移场的疲劳裂纹扩展实时监测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于结构表面位移场的疲劳裂纹扩展实时监测方法，步骤为：(1)搭建疲劳裂纹扩展试验平台，清晰显示裂纹监测区域；(2)采集疲劳裂纹扩展图像；(3)计算试件表面位移场；(4)实现不同循环下的疲劳裂纹尖端定位；(5)不同循环下的裂纹长度测量；(6)实时显示裂纹扩展路径。本发明专利技术能够实现疲劳裂纹扩展的实时监测，克服疲劳裂纹扩展实验需通过终止试验测量裂纹长度的缺点，提高了疲劳裂纹扩展试验效率；消除了因裂纹闭合现象导致的裂纹长度测量误差，并将宏观尺度的疲劳裂纹试验的测量精度提高到微米量级；该方法测量精度高、响应速度快、操作简单、适用范围广。适用范围广。适用范围广。

【技术实现步骤摘要】
一种基于结构表面位移场的疲劳裂纹扩展实时监测方法


[0001]本专利技术涉及航空航天发动机
，具体涉及一种基于结构表面位移场的疲劳裂纹扩展实时监测及疲劳裂纹长度实时测量方法，它是一种能够提高材料力学性能检测效率和改进材料疲劳寿命评估精度的方法。

技术介绍

[0002]航空发动机关键构件在其服役过程中，经常会出现不同类型的损伤(如裂纹、腐蚀、凹坑、磨损等)，其中疲劳裂纹是最常见的损伤形式之一。开展结构疲劳裂纹扩展试验，探究材料疲劳断裂规律，对提高结构的可靠性和使用寿命有着十分重要的意义。其中，疲劳裂纹长度是研究疲劳扩展规律的重要力学指标。因此，需要发展一种精确、高效的疲劳裂纹长度测量方法。
[0003]通常情况下，疲劳裂纹扩展试验需要花费大量的时间。常用的目视法由于需要中断试验和人工测量，导致较低的测量效率和精度。现有的在线疲劳裂纹测量方法有柔度法、电位法以及声发射法等，然而，这些方法因涉及较多计算变量、抗干扰能力差以及设备复杂等问题，导致较低的测量精度。
[0004]随着计算视觉技术的发展，基于数字图像处理的方法被用于疲劳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于结构表面位移场的疲劳裂纹扩展实时监测方法，其特征在于，实现步骤如下：步骤一：按照疲劳试验的测量需求，搭建疲劳裂纹扩展试验平台，将显微镜和高速相机置于待测试件正前方预定位置，并调节显微镜焦距，直到与高速相机连接的计算机能够清晰显示裂纹监测区域为止；步骤二：采用高速相机记录疲劳裂纹扩展试验前和试验中的同一载荷下的试件表面图像；步骤三：采用数字图像相关法计算试验过程中试件表面位移场；步骤四：利用疲劳裂纹尖端定位算法，计算不同循环下的裂纹尖端坐标；步骤五：利用疲劳裂纹长度测量算法，测量不同循环下的裂纹长度；步骤六：利用疲劳裂纹路径描述方法，在裂纹图像中显示裂纹扩展路径。2.根据权利要求1所述的一种基于结构表面位移场的疲劳裂纹扩展实时监测方法，其特征在于：所述步骤四、步骤五及步骤六中，在待测结构表面存在裂纹时，沿拉伸方向会出现非连续的位移场，该非连续位移场会导致局部位移值的突变，通过寻找该非连续位移场尾部突变位移值的像素点位置，实现疲劳裂纹尖端定位；然后利用裂纹尖端位置像素点坐标与初始裂纹位置像素点坐标，即实现疲劳裂纹长度测量；最后在疲劳裂纹扩展图像中将每个循环下的裂纹尖端像素坐标定位出来，实现疲劳裂纹扩展路径实时显示。3.根据权利要求1所述的一种基于结构表面位移场的疲劳裂纹扩展实时监测方法，其特征在于：所述疲劳裂纹尖端定位方法，设疲劳试验不同循环数下的变形位移场为U，U为m
×
n矩阵，沿加载方向每一列相邻两像素点的位移值差值的绝对值记为D，然后，每一列D的最大值记为D
max
，遍历整个位移场记录每一列D
max
的横坐标和纵坐标记为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
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡殿印，赵炎，毛建兴，王荣桥，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：