[发明专利]一种高加载率下脆性材料一维层裂实验的全场分析方法

摘要

本发明公开了一种高加载率下脆性材料一维层裂实验的全场分析方法，特点是使用数字图像相关法（DIC技术）计算超高速摄像机记录的图片，得到杆状试件在所有图片上的所有像素点的位移、应变历史，形成位移、应变数据库；根据位移、应变数据库分析得到一个杆状试件上所有层裂位置的层裂起始时刻和断裂应变。优点是通过上述方法不仅能准确确定脆性材料在霍普金森压杆实验中发生多个层裂的断裂应变及应变率，也能够确定每个层裂发生的时间和位置等数据，有效地利用了投入的人力物力以及测得的大量且可贵的实验数据，有效的解决了以往方法中在高加载率实验中不能同时获得所有断裂位置的层裂强度的问题。

主权项

1.一种高加载率下脆性材料一维层裂实验的全场分析方法，其特征在于包括如下步骤：(1)在由脆性材料制成的杆状试件上，刷白色底漆；(2)待白色底漆干燥后，在白色底漆上喷涂小的黑色斑点；(3)待杆状试件上的黑色斑点干燥后，将杆状试件的一端作为固定端，与固定端相对的另一端为杆状试件的自由端，将杆状试件安装在霍普金森压杆装置上，使固定端的端面与霍普金森压杆装置上的入射杆的端面相接触；(4)沿杆状试件的径向架设超高速摄像机，并使超高速摄像机的镜头垂直于杆状试件的轴向；(5)设霍普金森压杆装置所采用的子弹的长度为一个单位特征长度，调节超高速摄像机的位置，使超高速摄像机的中心位置在位于自杆状试件的自由端到固定端方向的一个单位特征长度到两个单位特征长度之间，并对超高速摄像机设定一个拍摄延迟时间Δt，由公式得到，其中c_入射杆为入射杆的弹性波速，l_杆状试样杆状试样的长度，c_杆状试样为杆状试样的弹性波速；(6)将杆状试件的固定端的端面定义为撞击面，在霍普金森压杆装置的入射杆上距撞击面四个单位特征长度到六个单位特征长度的位置范围内贴应变片；(7)用金属子弹正向撞击入射杆的端部，将应变片上测得的压缩波电信号的上升沿信号作为超高速摄像机的触发信号，超高速摄像机接收到该触发信号的时间点记为t0，当时间点t0+Δt时，超高速摄像机开始拍摄，将杆状试件从其自由端的端头起算的两倍的单位特征长度到四倍的单位特征长度的位置范围在实验过程中的状态用图片的形式拍摄下来，拍摄完成，用电脑下载超高速摄像机所拍摄的图片；(8)使用数字图像相关法(DIC技术)计算超高速摄像机记录的图片，得到杆状试件在所有图片上的所有像素点的位移、应变历史，形成位移、应变数据库；(9)根据位移数据库得到超高速摄像机拍摄的最后一张图片的位移等高线云图，通过颜色的连续性判定，将颜色发生突变的起始区域定义为杆状试件发生层裂的位置，得到至少一个层裂位置；(10)针对其中一个层裂位置，在该层裂位置的两边分别取一像素点，从位移数据库中取出这两个像素点的位移历史，用8阶傅里叶函数拟合，得到这两个像素点的位移函数，将位移函数按时间微分，得到这两个像素点的速度函数，根据得到的速度函数画出这两个像素点的速度时间曲线，读取两条速度时间曲线趋势发生分叉的起始时间点，定义该起始时间点为层裂起始时刻tspalling；(11)从应变数据库中取出步骤(9)中层裂位置的应变历史，通过该应变历史画出层裂位置的应变时间曲线；根据(10)中确定的层裂起始时刻tspalling，在层裂位置的应变时间曲线上读取该层裂位置在该层裂起始时刻tspalling的断裂应变εspalling；(12)对步骤(9)中的所有层裂位置重复(10)～(11)步骤的操作可以得到一个杆状试件上所有层裂位置的层裂起始时刻和断裂应变。