[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

说明书

本发明公开了一种基于DIC以及应力场重构的裂纹尖端应力强度因子测量方法，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；计算虚拟网格上的应力以及应变场，进一步计算裂纹尖端的J积分参数，进而求得裂纹尖端的强度因子。

技术领域

本发明涉及一种基于DIC以及应力场重构的裂纹尖端应力强度因子测量方法，属于光学测量和断裂力学研究技术领域。

背景技术

科技飞速发展使得我国高精尖装备建设实现跨越式发展，在实际作战或工程作业过程中，复杂环境将导致装备表层出现裂纹，从而导致装备性能下降和使用寿命大幅缩短。现阶段对细微裂纹的萌生以及扩展监测的方法有磁粉检测、应变片测量以及数字图像相关方法。目前，关于数字图像相关方法中，通过裂纹尖端应力场重构技术得出装备表面裂纹尖端应力强度因子实时数据和扩展规律尚未有公开的技术手段。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于DIC以及应力场重构的裂纹尖端应力强度因子测量方法，准确计算出应力强度因子数值信息。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

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，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；

计算虚拟网格上的应力以及应变场，进一步计算裂纹尖端的J积分参数，进而求得裂纹尖端的强度因子。

进一步地，前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；

搭建图象实时采集装置，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。

进一步地，前述求得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，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，相关系数计算表达式为：

其中，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。

进一步地，前述计算虚拟四边形网格位移场的步骤包括：

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