数字图像方法在残余应力与裂纹测量中的应用

admin · 发表于 2022-9-1 15:38:41

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本论文主要研究基于数字图像的数字化测量方法及应用，包含两方面的内容：一是采用数字散斑相关方法测量得到试件的应变，结合残余应力测量的传统钻孔法，测量试件内部残留的残余应力；二是采用数字图像处理方法测量裂纹尖端的张开位移和张开角。残余应力的测量一直是力学测量技术研究的热点，出现了一系列的测量方法，在这些测量方法中，以钻孔法测量残余应力的理论和技术最为成熟、完善，在实践中得到广泛应用。但这种方法需要采用在试件上黏贴应变片的方法来测量钻孔前后的应变，准备工作周期长，要求试验人员的技术高，而且一次试验完毕后测量结果只有一个。本文以数字散斑相关方法测量应变的理论为基础，研究了基于数字图像并结合钻孔法的残余应力测量系统，与传统的钻孔法相比，只需要比较钻孔前后两张图片就可以测出残余应力，具有操作简单、准备工作周期短、测量精度高等特点。本文首先介绍了数字散斑相关方法的基本原理，并对相关系数的适用性进行了研究。在各种搜索算法中，选择快速而又准确的粗细搜索算法。这种搜索算法首先针对整像素进行相关运算，即变形前散斑图的一小子区与变形后散斑图的一小子区进行相关系数运算，求得相关值最大的而得到真实位移的第一次逼近。第二次逼近是在小数像素上进行，利用基于梯度的亚像素位移算法完成亚像素重建工作。其次，介绍了钻孔法测量残余应力的基本原理及其推导公式，介绍了在此公式中得到通孔应变释放系数的两种方法：Kirsch理论和试验标定。完成了基于数字散斑相关测量系统上的残余应力测量系统，此系统能得到残余应力的主应力。详细地叙述了钻孔法测量残余应力的试验过程和数据处理过程。论文最后介绍了判断金属材料断裂性能的裂纹尖端张开位移(CTOD)和裂纹尖端张开角(CTOA)的测量方法和试验步骤。CTOD的测量需要通过三点弯曲试样或紧凑试件加载进行测量，也可以用剖面法即数字图像法测量。CTOA的测量采用数字图像法时需要在裂尖后0.5mm到1.5mm之间进行，测量多次取其平均值，若裂纹扩展量比较小时，可以在裂尖后0.5mm之间进行

数字图像方法在残余应力与裂纹测量中的应用

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