一种疲劳试验裂纹动态测量方法和装置制造方法及图纸

一种疲劳试验裂纹动态测量方法和装置，涉及材料疲劳试验技术领域，包括视觉检测模块、旋转平台、拉伸模块、中央处理模块；载荷模块固定试验工件的工作位置和位姿，并对试验工件施加循环试验应力，视觉检测模块拍摄每个旋转平台角度下的裂纹状态图像，并保存在计算机上，中央处理模块计算试验工件在施加载荷全过程数据，分析试验工件所属材料在各个试验载荷循环次数下的每个角度裂纹扩展速度数据、裂纹扩展方向数据、以及材料断裂在不同位置角度的裂纹深度数据。本发明专利技术提出一种能完成材料疲劳试验过程裂纹的实时、动态、完整的自动检测、自动记录和可视化展现的技术方案，对研究材料疲劳失效原理提供更准确、更便捷、信息维度更丰富的分析方法。的分析方法。的分析方法。

【技术实现步骤摘要】
一种疲劳试验裂纹动态测量方法和装置


[0001]本专利技术是一种疲劳试验裂纹动态测量方法和装置，涉及材料疲劳试验
，特别是涉及测试评估PE材料的疲劳寿命及其疲劳失效特征的一种全新技术方法和装置。

技术介绍

[0002]聚乙烯(PE)管具有卓越的耐腐蚀、使用寿命长和环保等优点，在城市燃气和给水管道中得到了广泛应用。PE压力管道的设计寿命一般为50年。目前国内早期埋地PE管道的使用已经超过40年，正是失效的潜在高峰期。发生失效事故可能会对基础设施造成严重破坏，甚至危害人身安全，故对PE管道进行准确寿命评估具有重要的现实意义。
[0003]PE管材在长期服役下失效的主要原因是管材的慢速裂纹扩展(SCG)，针对PE管材因SCG失效的传统寿命评估方法是管道内压试验法。但由于新型的PE化学结构的改善，PE管材的耐SCG性能得到了显著的提高，使用内压试验法进行寿命评估试验周期至少需要1年并且成本高，不能满足现实需要，因此迫切需要新的寿命预测方法。这两年国内有学者研究了一种能快速评估PE管材寿命的预测新方法—循环载荷裂纹圆棒(CRB)法。该方法仿照金属疲劳性能试验原理，对PE试验材料的带有缺口的标准样品循环施加拉（压）力，通过自动控制系统调节交变试验载荷的大小和频率，使样品缺口作为裂纹源扩展，直至样品断裂的加载次数即可确定材料的疲劳寿命指标。疲劳试验寿命曲线，即
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S—N”曲线，是反映材料的疲劳强度与疲劳寿命对应关系的曲线。绘制
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S—N”曲线时，以试验力或试验应力S为纵坐标，以疲劳寿命N（载荷循环加载次数）为横坐标（对数坐标）。
[0004]然而，该方法与传统的疲劳试验方法一样，虽然可以测量材料的疲劳性能指标，但是并没有记录疲劳试验过程材料在循环加载应力下裂纹扩展行为，例如材料在各个角度裂纹扩展的速度、材料断裂时在不同角度的裂纹深度等等，而这些信息对研究材料的疲劳失效原理至关重要。
[0005]疲劳试验是确定材料疲劳性能指标主要方法。疲劳是承受交变拉伸或弯曲应力的材料或结构的主要失效形式，故而材料或结构的疲劳强度和疲劳寿命是其强度和可靠性设计的主要依据之一。
[0006]除传统测量材料的疲劳性能指标的疲劳试验方法外，如何从通过新的技术和方法来观察、研究、评估材料或结构的疲劳强度，进而研究材料的疲劳失效原理，从而评估材料疲劳寿命和材料可靠性，是材料研究领域极具挑战性的课题。

技术实现思路

[0007]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种疲劳试验裂纹动态测量方法和装置，在对被测材料进行疲劳寿命试验的过程中，通过机器视觉方式对被测材料进行多角度、多时段的材料变化过程图像记录，获取被测材料在循环应力加载过程中的裂纹动态变化过程完整信息，结合行规材料疲劳寿命试验方式，得出试验材料裂纹扩展行为的变化规律，例如材料在各个角度裂纹扩展的速度、材料断裂时在不同角度的裂纹深度等等，对研究材料的疲劳
失效原理提供更准确、更便捷、信息维度更丰富的分析方法。
[0008]本专利技术的技术方案是：一种疲劳试验裂纹动态测量方法，包括以下步骤：步骤1：选择带缺口或裂纹的试验工件；步骤2：试验工件装载在载荷模块上并固定位姿，装置启动；步骤3：载荷模块对试验工件施加试验应力，视觉检测模块根据在控制软件已设置的拍摄参数，在设定的每个旋转平台角度下拍摄裂纹状态图像，并保存在计算机上；步骤4：每隔设定间隔时间T1，载荷模块对试验工件施加载荷应力F一次；步骤5：每隔设定间隔时间T2，旋转平台带动视觉检测模块围绕试验工件旋转角度α；步骤6：每隔设定间隔时间T3，视觉检测模块拍摄视场范围内的试验工件工作面的缺口裂纹状态图片，并记录存储；步骤7：循环重复步骤4，直至试验工件完全断裂；循环重复步骤5，直至试验工件完全断裂；循环重复步骤6，直至试验工件完全断裂；步骤8：中央处理模块将存储的全过程图像数据计算、分析试验工件材料在各个试验载荷循环次数下的每个角度裂纹扩展速度数据、裂纹扩展方向数据、以及材料断裂在不同位置角度的裂纹深度数据。
[0009]进一步的，所述T1、T2、T3设为相同或不相同的间隔时间。
[0010]进一步的，所述旋转角度α设为若干个不相同的角度数值，视觉检测模块的每个拍摄旋转角度α不相同。
[0011]进一步的，所述步骤8还包括中央处理模块绘制
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L—N”曲线；曲线横坐标为载荷循环加载次数N，即疲劳寿命参数；曲线纵坐标L为各个角度的裂纹长度值，或各个角度的裂纹长度平均值。
[0012]进一步的，所述步骤8还包括中央处理模块将保存在计算机的裂纹图像制作成试验材料裂纹动态扩张过程轨迹影像视频。
[0013]本专利技术还包括一种疲劳试验裂纹动态测量装置，除上述疲劳试验裂纹动态测量方法外，包括视觉检测模块、旋转平台、载荷模块、中央处理模块；载荷模块固定试验工件的工作位置和位姿，并对试验工件施加试验应力；视觉检测模块水平安装在旋转平台上，视觉检测模块由相机、光源组成，相机和光源位于试验工件相对两侧；旋转平台控制视觉检测模块的运动轨迹，旋转平台带动视觉检测模块围绕试验工件转动；载荷模块对试验工件施加测试载荷应力，使试验工件上产生应力变化；中央处理模块为控制装置运动、存储和分析数据的计算机，中央处理模块记录视觉检测模块在应力试验全过程中所采集的试验工件图片，并对试验工件上的裂纹图像变化状态进行计算处理分析。
[0014]进一步的，所述视觉检测模块的相机视场中心对准试验工件裂纹源中心位置，且该中心位置与试验工件摆放位姿的垂直中心线相交于一点；视觉检测模块记录围绕试验工件旋转每个角度所拍摄的试验工件裂纹处的图片。
[0015]进一步的，所述旋转平台设有伺服步进电机，旋转平台水平的旋转运动角度、位置和速度由伺服步进电机精确控制。
[0016]进一步的，所述载荷模块对试验工件施加应力方式为拉伸或压缩。
[0017]与现有技术相比，本专利技术有益效果在于：本专利技术提出一种能完成材料疲劳试验过程裂纹的实时、动态、完整的自动检测、自动记录和可视化展现的技术方案。该方案使试验材料的疲劳裂纹在各个角度、各个位置的变化扩展情况都能实现全自动检测、记录和可视化展现，对于耗时很长的疲劳试验能够获得全部的、完整的试验数据信息。
[0018]本专利技术方案，既能保证材料疲劳寿命试验结果的准确性，同时能记录材料疲劳寿命试验裂纹扩展过程，为材料研究提供有力的手段。该方案还能推广应用到其它材料试验，如各种材料的拉伸（压缩）试验等，可在短时间内通过全自动、实时、动态的方式获得更多的材料动态性能和试验过程参数。
[0019]本专利技术应用机器视觉测量原理，专利技术了一种在疲劳试验中测量记录裂纹动态扩展的方法和装置，对于疲劳试验技术的发展具有重要意义，填补了该领域的空白。本方法的系统精度高、可靠性好、可操作性强和自动化程度高。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的装置结构图；图2为专利技术的流程图；图3为试验样品及裂纹位置举例。
具体实施方式...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种疲劳试验裂纹动态测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：选择带缺口或裂纹的试验工件；步骤2：试验工件装载在载荷模块上并固定位姿，装置启动；步骤3：载荷模块对试验工件施加试验应力，视觉检测模块根据在控制软件已设置的拍摄参数，在设定的每个旋转平台角度下拍摄裂纹状态图像，并保存在计算机上；步骤4：每隔设定间隔时间T1，载荷模块对试验工件施加载荷应力F一次；步骤5：每隔设定间隔时间T2，旋转平台带动视觉检测模块围绕试验工件旋转角度α；步骤6：每隔设定间隔时间T3，视觉检测模块拍摄视场范围内的试验工件工作面的缺口裂纹状态图片，并记录存储；步骤7：循环重复步骤4，直至试验工件完全断裂；循环重复步骤5，直至试验工件完全断裂；循环重复步骤6，直至试验工件完全断裂；步骤8：中央处理模块将存储的全过程图像数据计算、分析试验工件材料在各个试验载荷循环次数下的每个角度裂纹扩展速度数据、裂纹扩展方向数据、以及材料断裂在不同位置角度的裂纹深度数据。2.根据权利要求1所述的一种疲劳试验裂纹动态测量方法，其特征在于所述T1、T2、T3设为相同或不相同的间隔时间。3.根据权利要求1所述的一种疲劳试验裂纹动态测量方法，其特征在于所述旋转角度α设为若干个不相同的角度数值，视觉检测模块的每个拍摄旋转角度α不相同。4.根据权利要求1所述的一种疲劳试验裂纹动态测量方法，其特征在于所述步骤8还包括中央处理模块绘制
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L—N”曲线；曲线横坐标为载荷循环加载次数N，即疲劳寿命参数；曲线纵坐标L为各个角度的裂纹长度值，或各个角度的裂...

【专利技术属性】
技术研发人员：王桂棠，陈永彬，陈建强，吴佳毅，邓宇平，黄冠然，
申请(专利权)人：佛山沧科智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：