一种微裂纹微小张开位移的测量方法

摘要

一种微裂纹微小张开位移的测量方法，属于光测力学、构件变形和位移测试等技术领域。本发明采用主要由激光器、加载装置、带微裂纹的试件、光强接收屏和图像采集系统组成的测量系统。测量时，使激光发出波长为λ的光，通过微裂纹，在接收屏上形成夫琅禾费衍射条纹图，通过图像采集系统得到一幅微裂纹的初始光强图像；再利用加载装置对试件进行缓慢加载，使裂纹张开，通过图像采集系统记录不同载荷下接收屏上微裂纹的多幅狭缝衍射光强图像，根据光强图像进行数字图像分析和相关运算，最终得到不同载荷下微裂纹微小张开位移量。本方法具有使用方便，测量精度高等特点。微裂纹的形变量测量能够使其达到100με量级。位移测量灵敏度可达波长量级。

主权项

1.一种微裂纹微小张开位移的测量方法，其特征在于该方法具体步骤如下：1)将带微裂纹的试件(3)放置在加载装置(2)上，使激光器(1)发出波长为λ的光，并使激光入射通过微裂纹，在光强接收屏(4)上形成夫琅禾费衍射条纹图；2)通过图像采集摄像系统记录不加载荷时接收屏上微裂纹的一幅狭缝衍射光强图像，将该图像作为初始光强图像；3)利用加载装置对试件进行缓慢加载，微裂纹产生变形，使得裂纹张开，在加载过程中，通过图像采集摄像系统记录不同载荷下接收屏上微裂纹的多幅狭缝衍射光强图像，根据这些光强图像进行数字图像分析；4)将初始光强图像作为参考图，从参考图像中选取光强最均匀的一处作为光强计算的一维数据，不同载荷下得到的狭缝衍射光强图像为目标图像，在目标图像中选取和参考图像中相同的图像坐标点的光强灰度值，得到各时刻的光强的一维数据，利用下式对这些数据作相关运算，$C\left(U\right)=\frac{\underset{n=-M}{\overset{M}{\Sigma }}[I^{\prime }(x_n+U)-{I^{\prime }}_m]\times [I\left(x_n\right)-I_m]}{\sqrt{\underset{n=-M}{\overset{M}{\Sigma }}{[I^{\prime }(x_n+U)-{I^{\prime }}_m]}^2}\times \sqrt{\underset{n=-M}{\overset{M}{\Sigma }}{[I\left(x_n\right)-I_m]}^2}},$其中M为选择光强子区的大小，x_n参考光强图像前坐标，U表示光强图的同一条纹前后的位移量，I′(x_n+U)、I(x_n)分别代表参考图像和目标图像光强，I_m、I′_m分别代表参考图像和目标图像整个子区的平均光强；5)通过对C(U)进行极大值或极小值计算得到不同载荷下位移量U，通过一次线性拟合U，得到不同加载下的斜率S，S与微小裂纹张开位移变化量ε_T的关系用公式：$U=-\frac{{ϵ}_T}{1+{ϵ}_T}x=-\mathrm{Sx}$表示，最终得到不同载荷下微裂纹微小张开位移量Δa＝ε_Ta，从而得出载荷-裂纹张开位移(p-COD)曲线，其中x为光强接收屏上的坐标，ε_T为微小裂纹张开位移变化量。