[发明专利]一种疲劳测试裂纹监测方法及装置

说明书

本发明公开了一种疲劳测试裂纹监测方法及装置，包括建立裂纹评估信息库，计算出裂纹的长度、数量、位置和形态之后，根据裂纹评估信息库中的信息，综合评估裂纹的危险等级。本发明的疲劳测试裂纹监测方法及装置利用视觉处理技术实现裂纹监测，能够实现对疲劳损伤临界点的精准判断，更加完整保留试件失效信息和数据准确性；本发明还建立了裂纹评估信息库，计算出裂纹的长度、数量、位置和形态之后，根据裂纹评估信息库中的信息，综合评估裂纹的危险等级，综合评估裂纹对构件的实际危害性，满足了多种构件测试情况、应用场景下实际工程的需要。

技术领域

本发明涉及裂纹检测领域，具体涉及一种疲劳测试裂纹监测方法及装置。

背景技术

疲劳是引起工程构件失效的最主要原因之一。在疲劳破坏中，工程构件承受交变载荷的作用，在经过一定的循环次数后在构件局部形成永久性的损伤，最终形成裂纹并扩展直至断裂，往往在载荷低于其力学承载能力的情况下发生突然性的破坏，预防难度远大于其他常规破坏。疲劳破坏引起的断裂是工程上最为常见，同时也是最危险的断裂形式，而在车辆业、建筑业、航空工业等涉及到大尺寸构件的工业领域当中，疲劳埋下的安全隐患及其造成的损失则更为巨大。故研究工程构件在疲劳载荷的循环作用下的工作状况，判断其疲劳损伤临界点，测定其疲劳寿命等参数，在工程中有重要意义。

现有的疲劳监测机制主要有两种，一种是对应力变化进行监测，如采用力传感器获取构件应力状况，判断出现疲劳损伤的临界点，但在构件承受交变载荷产生动态疲劳效应的过程中，其应力变化往往并不明显，故以应力变化来判断出现疲劳损伤临界点的监测方法并不准确，极大影响实验精度，甚至导致完全监测不到疲劳损伤，试件一直处于加载状态直至完全损毁。

另一种则是直接对表面裂纹进行检测，根据信号的产生方式又分为两种：一种是通过对系统施加激励信号，测量系统响应信号来判断是否出现裂纹，例如采用超声波、电磁信号等；另一种则是分析系统现有的信号，例如可见光、红外线等，主要是通过图像处理的手段，例如边缘检测、小波变换、卷积神经网络等来判断裂纹是否产生。以上方法解决了应力变化不明显导致的对出现疲劳损伤临界点不敏感的问题，但往往只能判断裂纹是否产生，或者只能对于单条裂纹在二维图像上的长度给予判别阈值，而实际工程构件的裂纹检测存在如下几个问题：1、构件结构复杂，裂纹在二维图像上的尺寸不能反映其在三维空间中的尺寸；2、构件结构多样，裂纹在构件不同结构处对构件产生的危害不同；3、构件材料不尽相同，不同形态裂纹在不同材料构件中的危险程度不同；4、裂纹产生的情况多种多样，如既可能产生数量较多的短裂纹，也可能产生数量少的长裂纹。故仅仅通过单条裂纹在二维图像上的长度无法准确判断是否出现了对构件具有危害性的疲劳损伤，因此，目前的疲劳测试裂纹监测很难满足不同应用场景下实际工程的需要。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种疲劳测试裂纹监测方法及装置，解决目前疲劳测试裂纹监测难以综合评估裂纹对构件的实际危害性，很难满足不同应用场景下实际工程的需要的问题。

本发明提供了一种疲劳测试裂纹监测方法，包括以下步骤：

建立裂纹评估信息库，包括材料力学特性、特定材料危险裂纹形态、常见工件危险位置；

采集待测构件的初始图像以及待测构件在承受疲劳载荷过程中的监测图像；

对所有图像进行图像分割，将构件从图像中提取出来，然后进行二值化处理；

将监测图像与初始图像进行对比，判断图像是否异常；若异常，则找出异常区域，对该异常进行形态学分析，判断其是否为裂纹；若为裂纹，则由裂纹上各点的像素坐标得到其三维坐标，然后获取裂纹的长度、数量、位置和形态；