[发明专利]光电辅助的复杂剪切路径断裂测试卡具及检测方法

权利要求书

1.一种光电辅助的复杂剪切路径断裂测试卡具，其特征在于，其包括运动单元、夹持单元和数据检测单元；所述夹持单元与所述数据检测单元均固定在所述运动单元上；所述运动单元的两端均与试验机固定连接；所述夹持单元中心对称式分布于运动单元中部；所述数据检测单元分布于运动单元两侧，且固定连接于运动单元下端；

所述运动单元包括运动背板、固定背板、绝缘块、滑动导轨、底盖和温控管道，所述运动背板位于所述固定背板上方；所述运动背板和所述固定背板中部的内侧面均设置为阶梯状，每一层阶梯面均开设有孔，所述运动背板和所述固定背板通过所述孔而与运动背板和固定背板分别配合固定；所述运动背板的左侧和右侧均设有第一凹槽，所述绝缘块设置在所述第一凹槽内，所述固定背板的左侧和右侧均设有第二凹槽，所述滑动导轨设置在所述第二凹槽内；所述底盖固定安装于所述第二凹槽端部，所述绝缘块分别与所述滑动导轨滑动连接；

所述夹持单元包括运动盖板、固定盖板、绝缘垫片、灯带和试件，所述运动盖板和固定盖板结构相同且均设置为L形结构；所述运动盖板和固定盖板内部的两侧面与所述试件外部的两侧面分别在纵向和横向接触挤压，且所述运动盖板和固定盖板的短边和长边的两侧面均设有盖板通孔，所述试件通过所述运动盖板和固定盖板的通孔锁紧固定；所述运动盖板和固定盖板靠近所述试件的端部斜面处设有第三凹槽，所述灯带设置在所述第三凹槽内；

所述数据检测单元包括脉冲传感器、工业相机、固定座、底板平台、相机支架和连接线，所述脉冲传感器固定安装于所述运动单元的第一侧，且通过所述固定座与所述运动背板的后侧面固定连接；所述工业相机固定安装在所述运动单元的第二侧，且通过所述相机支架与所述固定背板的下端固定连接；所述底板平台固定连接在所述固定背板的后侧面，且位于所述脉冲传感器下方；所述相机支架的第一端固定在所述运动单元下方，所述相机支架的第一端与所述工业相机固定连接。

2.根据权利要求1所述的光电辅助的复杂剪切路径断裂测试卡具，其特征在于，所述运动盖板和固定盖板的顶面和底面均设有U型凹槽，且所述运动盖板和固定盖板的短边中部设有贯通式凹槽，所述贯通式凹槽的宽度大于所述U型凹槽的宽度。

3.根据权利要求2所述的光电辅助的复杂剪切路径断裂测试卡具，其特征在于，所述运动背板和固定背板均设有温控管道，所述温控管道为中空结构且呈分段式弯曲状，所述温控管道的外部设有管道接口。

4.根据权利要求1所述的光电辅助的复杂剪切路径断裂测试卡具，其特征在于，所述运动背板和固定背板的长边侧面均设有背板通孔，所述试件通过所述背板通孔接入电流。

5.根据权利要求1所述的光电辅助的复杂剪切路径断裂测试卡具，其特征在于，所述运动背板、固定背板、运动盖板和固定盖板接触试件处均固定有绝缘垫片，且所述脉冲传感器的尾部探头接触底板平台处固定有绝缘垫片。

6.根据权利要求1所述的光电辅助的复杂剪切路径断裂测试卡具，其特征在于，所述连接线包括控制连接线和数据传输连接线，所述控制连接线的第一端连接脉冲传感器，所述控制连接线的第二端连接工业相机；所述数据传输连接线的第一端连接脉冲传感器，所述控制连接线的第二端连接计算机。

7.根据权利要求1所述的光电辅助的复杂剪切路径断裂测试卡具，其特征在于，所述工业相机镜头的轴线与所述固定背板外侧面垂直。

8.一种用于权利要求1-7任一项所述光电辅助的复杂剪切路径断裂测试卡具的检测方法，其特征在于，其包括如下步骤：

S1、通过调节所述运动背板、固定背板、运动盖板和固定盖板以双向加紧所需测试的试件，并开始进行打开灯带、通水冷却和测前调试工作；

S2、针对复杂剪切路径断裂测试卡具进行通电测试，具体检测方法如下：

(1)电流位于0.1A-1A：当检测试件内部损伤时，在试件对称两侧焊接导线，且导线从固定背板两侧开口孔处接通电源；此时需要在试件与所述运动背板、固定背板、运动盖板和固定盖板的接触部分安装第一绝缘垫片；

(2)电流位于50A-200A：当进行热剪切实验时，在固定背板两侧底盖的固定连接处接通大电流电源；此时需要在试件与所述运动背板、固定背板、运动盖板和固定盖板的接触部分安装第二绝缘垫片，且所述第二绝缘垫片较所述第一绝缘垫片强度高；

S3、通过脉冲传感器控制工业相机拍照，并将所得数据传入试验机，试验机自动生成位移载荷曲线；

S4、进行正反加载与卸载的循环剪切实验，试验机根据加载路径的不同自动写出状态变量，上行状态为-1、静止状态为0、下行状态为1，并根据状态变量的不同，将试验机输出的位移载荷数据进行如下分段处理：

(1)若试验机加载路径为下行状态，即S＝1,将数据依次存入a(x,y)、c(x,y)和e(x,y)等数组中；

(2)若试验机加载路径为静止状态，即S＝0,则删除数组(x,y)；

(3)若试验机加载路径为上行状态，即S＝-1,将数据依次存入b(x,y)、d(x,y)、f(x,y)等数组中；

S5、工业相机基于脉冲传感器的控制命令得到试件在试验过程中的位移变形DIC照片，并通过软件分析照片所对应的试验机位移x_i，获取试件各区域的剪应变值和变形位移；

S6、分析正反加载卸载的循环剪切中试验机位移x_i的变化规律，并根据递增或递减两种变化规律作相应地拟合：

(1)若x_i递增，则为正向加载段，拟合形成f₁(x)、f₃(x)、f₅(x)等函数；

(2)若x_i递减，则为反向卸载段，拟合形成f₂(x)、f₄(x)、f₆(x)等函数；拟合方程如下式：

式中，x为DIC照片所对应的试验机位移，为拟合方程系数，m为分段曲线的条数，n为拟合系数的个数；

S7、根据不同的DIC数据段分别拟合出f₁、f₂、f₃等函数，并基于拟合函数分别对应修正试验机数据数组，使用函数f₁计算位移载荷数据中各部分的剪应变或位移，或者使用函数f₂计算位移载荷数据中各部分的剪应变或位移，以此类推直至将试验机所获取的位移数据全部转变为试件实际的位移或者应变，最终通过整个DIC系统将变形数据修正为真实值，实现损伤及失稳断裂行为的精准预测。