[发明专利]一种焊接构件疲劳应力及应变实时非接触式监测方法

摘要

本发明公开了一种焊接构件疲劳应力及应变实时非接触式监测方法，对焊接构件焊缝及其周围一定区域内进行一定间距的网格划分，将每一个网格交点看作微元体作为应力应变分析单元，在构件承受疲劳荷载作用下，通过机器视觉监测系统对在疲劳荷载作用过程中待测区域所有微元体的像素点特征信息进行提取，并对采集到的构件图像进行像素点匹配，建立应力应变变化规律与图像特征之间的相互关系，从而得到微元体在疲劳荷载作用过程中的特征变化，最终得到应变值及应力分布规律及其在疲劳过程中的应力应变演化规律。本发明用于解决钢结构中焊接构件在疲劳荷载作用下应力应变状态分布及其演化规律的监测问题。

主权项

一种焊接构件疲劳应力及应变实时非接触式监测方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)在焊接构件上设置网格线，所述网格线的交点为监测点；首先对焊接构件用与构件颜色对比明显的彩色笔沿着构件横向和纵向按照构件的大小以及监测截面的大小确定网格间距，划分网格，将每个网格的交点作为应力、应变监测点，该交点在图像处理过程中表现为多个像素点的集合，将该集合作为一个微元体；(2)采用监测系统将焊接构件在疲劳荷载过程中待测区域的动态图像进行采集，并将图像信息传输；所述监测系统包括CCD传感器、镜头、图像采集卡、图像处理系统；用CCD传感器和镜头采集焊接构件在疲劳荷载过程中监测点的一系列动态变形图像，CCD传感器将其接收到的光学图像转化成视频信号输出给图像采集卡，图像采集卡再将数字信号转化成数字图像信息供图像处理系统进行处理；(3)将得到的监测点图像进行像素点匹配；每一个监测点疲劳荷载过程中，宏观上便显出细微的变化，镜头每次采集图像的像素点数尺寸固定，微观尺度上则表现为所占的像素点在数目的不同，对相同监测点不同时间的图像进行像素与像素的匹配，获得每一个监测点在每一时刻的像素数目的变化；(4)根据监测点中像素点的变化，利用ε_i＝ΔL_i/L_i计算监测点应变值，其中ε_i为应变值，ΔL_i为长度变化值，L_i为监测区的长度值，进而确定整个待测区域表面监测点位置的应变分布规律；将待测区域连续的应变分布离散化成求解每个监测点的应变值，当网格的划分足够精细时，计算出每一个监测点在不同时刻的应变值就近似获得疲劳荷载过程中的应变的分布情况；(5)根据所述应变值，利用σ_i＝Eε_i计算监测点应力，其中，σ_i为应力值，E为弹性模量，进一步得到待测区域的监测点应力分布情况及其疲劳演化规律；在疲劳荷载过程中，通过监测中的像素点沿横向和纵向的变化计算得到每个监测点沿两个方向的应变值，假设焊接材料为在疲劳过程中的弹性模量E不发生变化，根据σ_i＝Eε_i进一步得焊接构件任意位置处的应力分布情况及其疲劳演化规律。