[发明专利]一种基于数字图像的裂纹尖端闭合效应测量方法

权利要求书

1.一种基于数字图像的裂纹尖端闭合效应测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，加工试样，在加工好的试样表面制备散斑；

S2，将试样装卡在疲劳试验机上，调节CCD相机的位置，并进行焦距调节，最后选择合适的校正板进行相机校正；

S3，进行裂纹扩展速率试验，基于Vic-Snap采集软件，输入图像采集时间间隔，并采集试样的散斑图像；

S4，裂纹扩展速率试验完成后，导入散斑图像，对实验数据进行处理得到实验的全场应变数据，并输出目标区域的全场应变数据；

S5，选取采集某一个循环周次内的一系列数字图像，对图像中裂纹尖端区域添加虚拟引伸计，测量裂纹两侧像素点的位移场变化趋势；

S6，重复S5的过程，对不同裂纹长度所对应的循环周次内的数字图像分析，每一循环周次内所对应的载荷-位移曲线中的拐点，找到该点所对应的载荷，计算出裂纹发生闭合时所对应的应力强度因子，最终计算得到有效应力强度因子范围。

2.根据权利要求1所述的基于数字图像的裂纹尖端闭合效应测量方法，其特征在于，所述步骤S1中，加工试样，在加工好的试样表面制备散斑，具体包括：

针对所研究的金属材料，参照美标ASTM E647-15^ε1，加工标准紧凑拉伸试样，试样宽度为50mm，厚度为12.5mm，试样初始的切口长度为10mm，切口高度为2mm；

在试样表面制备散斑，先采用白色哑光漆对试样表面进行喷涂，厚度要适中，然后应用黑色哑光漆在底漆上制备散斑。

3.根据权利要求1所述的基于数字图像的裂纹尖端闭合效应测量方法，其特征在于，所述步骤S2中，将试样装卡在试验机上，调节CCD相机的位置，并进行焦距调节，最后选择合适的校正板进行相机校正，具体包括：

将试样装卡在试验机上，进行设备调节，主要调节CCD相机的位置，使试样表面与CCD相机垂直，避免离面位移；

进行焦距调节，打开光源，将CCD相机的光圈调至最佳位置，并配合Vic-Snap采集软件上的曝光时间将图像调节至最清晰的程度；

选择合适的校正板，将校正板放置于试样所在的位置上，保证校正板整体清晰明亮，不出现曝光过度、过暗、模糊现象。

4.根据权利要求1所述的基于数字图像的裂纹尖端闭合效应测量方法，其特征在于，所述步骤S6中，有效应力强度因子范围的计算表达式如下：

α＝a/W

式中，P_max为最大应力，N；P₀为裂纹闭合效应下的应力，N；B为试样的厚度，mm；W为试样的宽度，mm；a为裂纹长度，mm。

5.根据权利要求4所述的基于数字图像的裂纹尖端闭合效应测量方法，其特征在于，所述步骤S6还包括：对于不同循环周次下的裂纹长度，分别计算不同裂纹长度下的有效应力强度因子范围，最终得到da/dN与ΔK_eff的关系方程，即为有效裂纹扩展速率方程。