确定一种金属材料在标准三点弯曲试验中的断裂韧性参数,特别是裂纹尖端张开位移(COD)值,以评估其在关键承力结构中的应用安全性。
传统电测法(如箔式应变片)是传统上测量COD的主要方法之一。需要在试样表面(通常是预制裂纹尖端的刻痕处)粘贴应变花或专用的COD测量片。
然而,应变片只能提供一个或少数几个点的应变数据,难以准确捕捉裂纹尖端复杂的局部变形(如倾斜、滑移)对COD的影响,可能导致测量结果失真或解释困难。
如何准确、非破坏性地测量金属材料在三点弯曲载荷下的裂纹尖端张开位移(COD),以获得可靠的断裂韧性数据?
采用新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统,DIC技术进行COD测量,精度可达到几个微米甚至更高。可以可视化整个感兴趣区域的变形,提供位移和应变分布图。能够有效捕捉裂纹尖端的张开、倾斜、压缩等复杂变形模式,并用于COD计算。
新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统,基于位移场提取COD、裂纹尖端定位等功能模块,可实现裂纹张开位移(COD)监测,精准计算裂纹部位的张开位移,确定原始裂纹部位张开位移(COD值),适用于各种复杂结构和材料的裂纹研究与工程应用。
DIC应变测量系统用于裂纹张开位移(COD)测量
新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统,具有散斑评估功能,可分析散斑对比度、图像梯度质量,并以此推荐子集大小,更有利于使用DIC软件选择散斑域,实现更高质量的DIC数据分析。
在预制裂纹的试样上,标定裂纹尖端位置。使用XTDIC三维全场应变测量系统高分辨率相机,记录裂纹扩展过程的图像序列。同步加载设备(万能试验机)施加力学载荷,载荷、位移与图像采集严格同步。
DIC软件对裂纹张开位移(COD)的提取,通过位移不连续性或应变集中区域识别裂纹路径,沿裂纹路径法线方向,提取两侧位移差,在裂纹尖端后方(如1mm)处取平均值作为COD值。
DIC软件对COD进行定量分析:分析时间-裂尖位置,时间-裂纹开口,时间-张开距离,位置-张开距离。
为了跟踪裂纹随时间的演化,XTIDC三维全场应变测量系统可计算对应参考图像(第一图像)和畸变图像之间的差值,并针对每个评估点进行相关性计算,通过测量残差分析裂纹尖端的位置。
裂尖位置分析
DIC软件分析裂纹动态变化过程的应变场变化:
裂纹最大主应变
DIC软件分析裂纹动态变化过程的位移场云图:
裂纹位移云图
新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统,基于三维数字图像相关可提供三维位移场和应变场,裂纹COD分析模块功能可计算裂纹部位的张开位移,以此确定裂纹张开位移(COD)的值,实时可视化监测裂纹的进展,结合断裂力学理论(如J积分、CTOD准则)评估材料断裂韧性,极大提升了识别精度和计算速度,为材料破坏机制研究提供了关键数据支持。