一种基于高温图像处理的裂纹尖端张开位移测量方法

摘要

一种基于高温图像处理的裂纹尖端张开位移测量方法，属于工程材料、结构形变及力学实验技术领域。本发明的技术特点是通过对带预制裂纹的试件进行高温力学加载实验，通过配备滤波装置的摄像机拍摄试件表面的裂纹的扩展过程，以及通过对获取的图像采用边缘检测的方法对试件缺口裂纹进行定位检测并计算裂纹尖端的张开位移，从而获得材料在高温环境下的裂纹尖端张开位移(crack-tip opening displacement,CTOD)。该方法通过图像处理技术直接计算裂纹尖端张开位移，与常规的通过应力-位移曲线计算得到材料裂纹尖端张开位移的方法相比，该方法简单直接，可通过软件辅助计算直接得到结果，减少人为判断常规的应力-位移曲线中的误差。

主权项

一种基于高温图像处理的裂纹尖端张开位移测量方法，其特征在于该方法包括如下步骤：1)将带有预制裂纹的试件放入高温恒温环境下进行力学加载，该试件在高温环境中裂纹尖端发生局部氧化，裂纹尖端图像局部灰度值阶跃变化，使用摄像机连续拍摄加载过程中试件裂纹尖端的变化过程，获得同一温度下试件缺口裂纹在不同时刻的扩展图像，并在摄像机镜头上安装至少一个高温滤波片；2)采用二阶导数来检测、计算裂纹尖端边缘，如下式计算：定义二维图像灰度函数f(x,y)的拉普拉斯值为：${▿}^{2}f(x,y)=\frac{{\partial }^{2}f(x,y)}{{\partial x}^2}+\frac{{\partial }^{2}f(x,y)}{{\partial y}^2}---\left(1\right)$其中获取图像的面内坐标为(x,y)，x,y对应图像像素点的横坐标和纵坐标，上式中在点(x,y)处的的差分表示分别为：$\frac{{\partial }^{2}f(x,y)}{{\partial x}^2}=f(x+1,y)-2f(x,y)+f(x-1,y)---\left(2\right)$$\frac{{\partial }^{2}f(x,y)}{{\partial x}^2}=f(x,y+1)-2f(x,y)+f(x,y-1)---\left(3\right)$将公式(2)和(3)代入公式(1)，得到下式(4)：${▿}^{2}f(x,y)=\frac{{\partial }^{2}f(x,y)}{{\partial x}^2}+\frac{{\partial }^{2}f(x,y)}{{\partial y}^2}=f(x+1,y)+f(x-1,y)+f(x,y+1)+f(x,y-1)-4f(x,y)$根据公式(4)得到对应的二维图像灰度函数f(x,y)的拉普拉斯值的局部最大值；3)根据裂纹尖端边缘具体位置的扩展变化，计算材料裂纹尖端张开位移：定义函数g(x_max,y_max)表示检测到裂纹尖端边缘对应不同时刻的位置，x_max,y_max是对应图像不同时刻通过边缘检测的方法获得二维图像灰度函数f(x,y)的拉普拉斯值的局部最大值的横坐标和纵坐标；时刻t₀对应的裂纹尖端位置为g₀(x_max,y_max)，时刻t₁对应的裂纹尖端位置为g₁(x_max,y_max)；记实验进行时间Δt＝t₁‑t₀，得到裂纹尖端张开位移δ＝g₁(x_max,y_max)‑g₀(x_max,y_max)。