基于高速数字图像相关法的疲劳裂纹尖端位移应变场变化规律研究

应用高速摄像数字图像相关法研究了谐振式疲劳裂纹扩展试验中紧凑拉伸（CT）试件在高频正弦交变载荷作用下,裂纹稳态扩展阶段裂纹尖端区域位移和应变场的变化规律。采用数字化高速摄影设备采集系列正弦交变载荷作用下CT试件数字散斑图像,应用数字图像相关(DIC)法计算每幅图像裂纹尖端区域位移和应变场,对裂纹尖端区域特征点的位移、应变值采用最小二乘正弦拟合方法进行拟合,求出振幅、相位、平均载荷等特征量,将拟合出的应变或位移正弦曲线和所对应的系列散斑图像进行匹配,找到一个应力循环内特征位置的图像。使用动态高精度应变仪测量了CT试件在一个应力循环内裂纹尖端点应变值,试验结果表明,DIC应变测量最大误差为4.12%,验证了所提出DIC测量方法的可行性。在此基础上,进行了基于高速DIC方法的谐振式疲劳裂纹扩展试验,研究了疲劳裂纹未扩展时裂纹尖端应变幅值和疲劳循环次数的关系及疲劳裂纹扩展到不同长度时裂纹尖端区域位移和应变场的变化规律。     

基于显微DIC的谐振疲劳短裂纹尖端变形场演化规律

为研究疲劳短裂纹扩展机理，提出一种基于显微数字图像相关(DIC)的塑性金属材料谐振疲劳短裂纹尖端位移场、应变场和塑性区的测量方法，并对其演化规律进行研究。通过显微摄像系统采集疲劳裂纹扩展过程中谐振载荷最大点试件短裂纹图像；采用DIC方法获得裂纹尖端区域位移场和应变场的数据。通过虚拟引伸计技术结合位移场演化数据获得短裂纹扩展过程中裂纹尖端坐标，进而根据von Mises屈服准则和应变场数据确定裂纹尖端塑性区尺寸及演化规律并与Irwin模型的理论尺寸进行对比验证；采用电子背散射衍射(EBSD)技术测量典型塑性金属材料316不锈钢疲劳裂纹尖端的晶粒尺寸分布，进一步研究谐振载荷作用下疲劳短裂纹尖端区域沿晶粒尺度的位移和应变的演化规律。研究结果表明：提出的方法成功获取了短裂纹微米级变形场演化数据，为塑性金属材料疲劳短裂纹扩展特性的进一步研究和疲劳寿命预测提供了实验和理论支持。     

基于DIC谐振载荷作用下疲劳裂纹尖端位移应变场测量

为测量谐振式疲劳裂纹扩展试验中紧凑拉伸(compact tension,CT)试件在高频正弦交变载荷作用下裂纹尖端区域位移和应变场的变化规律,提出基于数字图像相关(digital image correlation,DIC)方法和数字化高速摄像技术相结合的动态位移和应变场测量方法。用数字化高速摄像设备采集正弦交变载荷作用下系列CT试件数字散斑图像,用DIC方法计算每幅图像裂纹尖端区域位移和应变场,选取裂纹尖端区域特征点,采用最小二乘正弦拟合方法,求出其正弦规律的变化曲线及振幅、相位、平均载荷等特征量,将拟合出的应变或位移正弦曲线和所对应的系列散斑图像进行匹配,得到一个应力循环内特征位置的图像及其相应位移及应变场,研究其变化规律。采用动态高精度应变仪测量CT试件在一个应力循环内裂纹尖端点的应变值。实验结果表明,DIC应变测量最大误差为4.12%,该方法具有理论意义和应用价值。     

HTPB推进剂复合型裂纹尖端变形场测量及破坏模式分析

为了实现端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂复合型裂纹尖端变形场测量及破坏模式分析,制作了含中心贯穿复合型裂纹的HTPB推进剂试件,进行了动态拉伸观察试验,获得了复合型裂纹的扩展特性,并通过数字图像相关方法(DIC)得到试件表面及裂纹尖端的应变场,对复合型裂纹尖端应变场特点及应变场与裂纹扩展规律的关系进行了研究。结果表明,复合型裂纹试件的拉伸过程可以分为线性段、非线性段和失效段三个阶段,裂纹沿与载荷垂直的方向扩展;数字图像相关方法采用大变形分析方法能有效解决试件大变形的问题,可以定量给出试件表面的应变场,且应变集中区域与理论结果吻合;复合型裂纹的扩展与应变场的变化密切相关,应变场在裂纹尖端产生应变集中,导致裂纹扩展。     

基于XFEM的高强桥索钢丝冷拔裂纹扩展数值模拟

基于有限元软件Abaqus,采用扩展有限元法(XFEM)分析高强桥索钢丝冷拔过程的裂纹扩展,研究裂纹位置、裂纹角度、裂纹长度对裂纹扩展路径和裂缝宽度的影响.结果表明:冷拔过程裂纹基本符合I型扩展规律,裂纹位置、裂纹角度、裂纹长度对裂纹扩展路径无显著影响;裂纹位置越靠近中心、裂纹角度数值越小、裂纹长度越长时,裂缝宽度越大;裂纹位置越接近表面、裂纹角度数值越大、裂纹越长时,裂纹闭合越晚.此外,通过预应力冷拔机进行钢丝表面不同角度预制裂纹扩展试验,分析裂纹扩展规律并通过α-γ、α-δ曲线验证了数值模型的可靠性.     

基于DIC的塑性诱导疲劳裂纹闭合行为研究

预测变幅载荷作用下的结构寿命,需研究材料的疲劳裂纹闭合效应,确定材料疲劳扩展时张开载荷的变化规律。针对箭体管路结构中常用的0Cr18Ni9不锈钢,通过数字图像相关技术测试2 mm厚0Cr18Ni9不锈钢板疲劳裂纹扩展时的张开载荷,获得张开载荷随裂纹长度、最大应力强度因子的变化关系;初步得到考虑塑性诱发裂纹闭合效应修正的Paris公式,为其在变幅载荷谱下的裂纹扩展行为预测奠定基础。     

基于数字图像相关方法的端羟基聚丁二烯推进剂复合型裂纹J积分测量

为实现复合型裂纹尖端变形场及J积分测量,对预制含中心贯穿复合型裂纹的端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂试件进行了拉伸观察试验,获得了复合型裂纹试件的变形图片序列。采用数字图像相关(DIC)方法得到试件表面的位移和应变场,运用J积分理论和DIC方法得到的变形场计算复合型裂纹尖端的J积分。将DIC方法得到的变形场结果以及运用J积分理论和DIC方法计算得到的J积分结果与有限元结果进行了对比分析。分析结果表明：DIC方法获得的变形场分布特点与有限元结果吻合较好;不同积分路径下的J积分具有守恒性,验证了DIC方法可以有效地计算J积分;相同拉伸位移和复合型裂纹下J积分随角度的增大呈下降趋势,裂纹从0°Symbol~A@45°时J积分值 变化较小,裂纹从45°Symbol~A@67.5°时J积分值有较明显的下降。     

中锰铸钢疲劳裂纹扩展行为研究

采用疲劳裂纹扩展速率试验方法中的紧凑拉伸试验 (CT试验 ) ,得到了中锰铸钢疲劳裂纹扩展速率的数学表达式 ;用 SEM和微区相结构测试技术分析了中锰铸钢在疲劳裂纹扩展过程中的行为特点。研究表明 ,中锰奥氏体铸钢在疲劳裂纹扩展过程中 ,裂纹尖端将由应变诱发奥氏体向马氏体转变并伴有相变塑性产生 ,从而延缓了裂纹的扩展速率     

电磁谐振式疲劳裂纹扩展试验固有频率跟踪系统

为保证电磁谐振式疲劳裂纹扩展实验工作载荷的稳定性,提出了基于裂纹长度在线测量的自适应改进爬山法固有频率跟踪方法,建立了相应的固有频率跟踪系统。采用自行设计的裂纹长度测量系统测得实验过程中不同时刻的裂纹长度,根据固有频率和裂纹长度的理论关系计算出此时系统的固有频率值,并将此值设定为频率跟踪的初始值,在初始值左右小范围区域内采用自适应改进爬山法搜索系统精确固有频率值。建立了双自由度双质量块电磁谐振式疲劳裂纹扩展实验振动系统数学模型和CT 紧凑拉伸试件刚度模型,从理论上推导出了固有频率随裂纹尺寸变化的规律,并通过实验进行了验证。实验结果表明:文中方法固有频率跟踪精度为0郾3 Hz,跟踪时间为3郾5 s,和一般爬山法相比,跟踪精度高、速度快、过程稳定可靠,很好地满足了疲劳裂纹扩展实验的要求。     

基于ABAQUS的H13钢裂纹扩展数值模拟

模具的断裂及裂纹萌生与扩展问题一直是影响模具寿命的重要因素。在扩展有限元法基本原理的基础上,以ABAQUS为平台,利用XFEM模拟模具钢H13的裂纹扩展问题,得到单边缺口拉伸试件的裂纹扩展过程及裂纹尖端的应力分布和变化曲线。研究载荷、裂纹长度、构件几何参数对裂纹尖端应力强度因子的影响,输出静态裂纹的应力强度因子,并与解析解进行比较。结果表明,扩展有限元法能够有效进行裂纹开裂及扩展过程的仿真。数值模拟不受单边边界条件的制约,无需单元的局部加密,有效减少单元数量,节省了计算成本。     

一种新的微小型结构件显微图像边缘检测方法

针对目前大多显微图像边缘识别算法的边缘精确识别精度低等问题,提出一种基于工艺匹配思想的微小型结构件边缘识别算法。对不同工艺微小型结构件显微图像进行分析,通过提取不同加工工艺微小型结构件的边缘过渡区,建立边缘过渡区的数学模型,从数学模型中确定边缘点精确位置。建立基于显微视觉检测的边缘图像分形评价模型,分析同类工艺方法边缘图像的相似程度,并以实例进行实验验证。实验结果表明:该方法具有普遍适用性,且边缘检测精度高,能进一步满足精密测量的需要。     

自适应Wiener滤波改进LOG算子对激光雷达图像的边缘检测能力

LOG算子是一种经典的边缘检测算子,针对激光雷达图像含有丰富的高斯噪声和乘性噪声干扰.提出一种LOG算子的改进方法:用二维自适应Wiener滤波代替LOG算子中Gaussian滤波.设计了自适应性算法,通过仿真可以看出,该方法有效提高了LOG算子对激光雷达图像的边缘检测能力,是一种实用、有效的方法.     

超薄壁回转件旋压后外径在机测量方法研究

为准确测量超薄壁回转件旋压后的外径尺寸，提出了一种基于重构横截面轮廓曲线的等效外径在机测量方法。该方法利用周向均布的3套线激光位移传感器与旋轮架的轴向移动模块，获得回转件任意轴向位置横截面的外轮廓数据；通过对3套传感器所获截面数据的坐标变换及数据匹配，实现截面完整轮廓数据的精确拼接,并以离散数据点的保形曲线重构方法重构截面外轮廓曲线，利用同一闭合曲线各变形状态的长度不变性，得到了截面等效外径；分别以芯轴及薄壁回转件开展了外径检测实验。实验结果表明：所提方法可准确测量超薄壁回转件外径，其精度为0.019 mm.     

大气湍流对半主动激光制导中光斑检测精度的影响

为分析大气湍流对半主动激光制导中激光光斑检测精度的影响,结合半主动激光制导的工作原理,研究了光强闪烁、光束漂移、到达角起伏和光束扩展效应降低接收光斑位置精度的机理。提出一种用于表征大气湍流强度的参数（大气折射率常数）定量测试方法,基于该方法进行了样机测试实验。利用不同天气条件下记录的靶标上光斑图像信息,计算出到达角起伏方差,由此计算出照射距离分别为1 km和4 km时的大气折射率结构常数,测试在不同大气折射率结构常数下导引头输出的接收光斑位置坐标数据,并给出了在不同实验条件下测试数据的统计分布特征和标准偏差。实验结果表明：大气折射率常数越大,光斑检测精度越差;而大气折射率常数不仅与大气湍流强度有关,还与照射距离有关;证明了该测试方法的有效性。     

复杂场景下的SAR图像水域边缘特征提取

合成孔径雷达(SAR)图像中的水域具有极高的遥感应用及地理应用价值;针对SAR图像固有的相干斑以及复杂场景下SAR图像水域边缘检测算法受到建筑物等人造地物强散射点干扰造成虚假边缘的问题,提出了复杂场景下SAR图像水域边缘特征提取方法;该方法通过构建SAR图像的二维灰度直方图对SAR图像进行预处理,一定程度抑制了相干斑噪声对边缘检测的影响,并在分析SAR图像中建筑物等人造地物与水域散射特性差异基础上利用二维灰度直方图对SAR图像进行分割,抑制强散射点;通过实验验证,该方法有效抑制了相干斑以及建筑物等人造地物强散射点的干扰,实现了复杂场景下的SAR图像水域边缘特征自动提取.     

装甲车体疲劳裂纹扩展寿命预测方法研究

以多体动力学和线弹性断裂力学为理论基础,基于虚拟样机技术,通过建立履带式装甲车辆的刚柔耦合模型并对其进行虚拟试验测试,获得车体薄弱部位的应力谱数据;结合裂纹形状尺寸及材料的断裂特性,预测出了车体裂纹从初始长度扩展至一定长度所经历的寿命里程,从而提出了一种比较实用的预测装甲车体疲劳裂纹扩展寿命的技术方法。