[发明专利]基于DIC以及应力场重构的裂纹尖端应力强度因子测量方法

权利要求书

1.一种基于DIC以及应力场重构的裂纹尖端应力强度因子测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

划分裂纹尖端节点的检测区域，制造散斑图像，搭建图像采集子系统并获取被测物体表面原始图像和实时图像；

记录被测物变形前后表面的数字散斑图，通过数字图像相关法，得到物体表面位移场信息；

基于物体表面位移场信息，构建虚拟网格，通过插值方法，计算出虚拟四边形网格的位移场：

构建裂纹尖端生成的虚拟网格，所述虚拟网格为6×6的四节点四边形单元，所述单元的边长为M像素；

通过前述数字图像相关法分别求得虚拟网格节点(x_p，y_p)左下方、右下方、右上方以及左上方距离该节点最近点的位移量u(x₁,y₁)、u(x₂,y₁)、u(x₂,y₂)以及u(x₁,y₂)；

基于u(x₁,y₁)、u(x₂,y₁)、u(x₂,y₂)以及u(x₁,y₂)，通过插值法求得该节点(x_p，y_p)的位移u(x_p,y_p)：

按照弹性材料的本构关系以及变换后的虚拟网格位移场，计算虚拟网格上积分点处的应力以及应变场：

ε_i＝B_iu

σ_i＝Dε_i

其中，ε_i为单元第i个积分点上的应变，B_i为单元第i个积分点上的几何矩阵，u为单元上节点的位移向量，σ_i为单元第i个积分点上的应力，D为单元的材料矩阵，E和ν分别为材料的弹性模量与泊松比；

基于虚拟网格积分点处的应力以及应变场数据，以虚拟网格为积分区域，进一步计算裂纹尖端的J积分参数，进而求得裂纹尖端的断裂强度因子。

2.根据权利要求1所述的一种基于DIC以及应力场重构的裂纹尖端应力强度因子测量方法，其特征在于，所述获取被测物体表面原始图像和实时图像的步骤包括：

分析研判被测物体关键核心部位和容易发生损伤的部位，选取其裂纹尖端萌生处为中心，在附近喷绘散斑；

搭建图像实时采集装置，采集被测物体表面裂纹尖端附近散斑原始图像和实时图像。

3.根据权利要求2所述的一种基于DIC以及应力场重构的裂纹尖端应力强度因子测量方法，其特征在于，求得所述物体表面位移场信息的步骤包括：

在变形前图像中选取中心点P(x,y)，且以点P(x,y)为中心选取子区A，所述子区A尺寸为M×M像素；

通过粒子群算法在变形后的图像中，不断搜索变形后中心点位置并基于变形后中心点位置构建新的子区A′，计算子区A和子区A′的散斑场相关系数，直到相关系数取得极大值，所述相关系数计算表达式为：

其中，I(x_i,y_j)和I′(x′_i,y′_j)分别为试件变形前后图像的某点灰度值，和分别为图像子区变形前后的灰度平均值；

取相关系数极大值中的子区A′为匹配子区，根据变形前图像中的位置坐标值P(x,y)和匹配子区中的中心点位置坐标值P′(x′,y′)计算像素位移量。