【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属疲劳试验领域，提供了一种基于子参考图像拼接匹配dic的疲劳裂纹尖端变形原位测量方法，适用于q&p钢疲劳试验过程中对过载迟滞影响区内任一裂纹长度下的疲劳裂纹变形精确检测。
技术介绍
1、节能、安全、环保是目前现代汽车工业发展的核心问题，淬火延性钢是第三代先进高强钢，简称q&p钢，它在满足这些要求的同时，在成本与性能之间实现了良好的匹配，是将来汽车制造用钢的代表性新材料。在汽车运行过程中，主要零部件持续受到交变载荷的作用，特别是在车身或其他部件发生碰撞事故或材料制造、安装过程中产生微裂纹后，行驶过程中由于路况等原因引起的变幅交变载荷会进一步扩展裂纹，严重影响汽车材料的疲劳使用寿命。特别地，对于承受复杂载荷的工程结构而言，过载条件下的材料行为研究显得尤为重要。
2、过载迟滞行为是指试件在经历过载后，其力学性能和微观结构发生显著变化，如硬度变化、残余应力、裂纹扩展速率减缓等现象。当前，随着制造业的快速发展，对钢材的强度、韧性和抗疲劳性能等要求日益提高。因此，深入研究过载迟滞行为，对于理解钢材在过载条件下的变形与断裂机制、优化材料设计、提高工程结构的可靠性以及推动绿色制造和可持续发展等方面都具有重要意义。
3、然而q&p钢裂纹尖端微小区域变形场的测量，具有裂纹尖端区域材料显微组织、应力、应变分布复杂且变化梯度大、并随时间演变快速、测量精度要求高等的特点。另外，过载迟滞影响区是一个较大的区域，若想进一步了解不同过载比下过载塑性区内疲劳裂纹扩展行为，需要用到高放大倍率的相机拍摄
技术实现思路
1、为了克服已有技术的不足，本专利技术提供一种基于子参考图像拼接匹配dic的裂纹尖端变形原位测量方法，运用dic和子参考图像拼接技术，提供了一种对过载迟滞影响区内精确定位裂纹位置并采集散斑图像进行dic计算的方法，解决了在测量和采集环节存在的难点，便于后续对q&p钢受单次过载后过载迟滞影响区内裂纹扩展速率、裂纹扩展路径和形态、裂纹尖端变形等行为的研究，并能进一步对裂纹尖端钝化、闭合等行为进行深入研究，揭示q&p钢过载迟滞机理。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、一种基于子参考图像拼接匹配dic的裂纹尖端变形原位测量方法，所述方法包括以下步骤：
4、步骤1：疲劳裂纹扩展试验前准备工作，对紧凑拉伸ct试件两侧进行光面打磨和散斑喷涂处理，光面用于定位裂纹长度，散斑面用于采集散斑图像来进行dic计算；
5、步骤2：将实验用到的两个显微相机安装在微动平台上，随后进行相机标定，确定畸变系数；
6、步骤3：将ct试件固定在疲劳试验台上，然后将拍摄散斑的摄像机镜头对准裂纹缺口处，然后以设定步长移动相机若干次，移动一次采集一幅图像，步长不得大于相机横向视场；
7、步骤4：将步骤3所采集的图像按照步骤2所确定的畸变系数进行图像矫正，使用匹配算法确定拼接区域，再依次进行拼接，得到全场参考图像，该全局参考图像大小包含了实验过载条件下过载迟滞影响区大小范围；
8、步骤5：使用微动平台将相机移动至初始位置，对准试件的预制裂纹进行拍摄；
9、步骤6：开始疲劳裂纹扩展试验，试验过程中相机跟踪裂纹尖端进行拍摄，当试件受到单次过载后，相机则在过载迟滞影响区内采集不同裂纹长度的若干幅裂纹尖端图像和相对应的散斑图像，并记录每一幅图像对应的力值，这些图像称为目标图像；
10、步骤7：根据步骤6采集的裂纹图像，可获得不同循环下裂纹的长度数据，并计算出疲劳裂纹扩展速率；
11、步骤8：对于同一个裂纹长度下的目标图像，选择加载力值最小时刻的图像与步骤4所得到的全场参考图像进行匹配，截取出对应的参考图像，使用该方法得到其余裂纹长度下对应的参考图像；
12、步骤9：使用dic技术对步骤8得到的各组图像进行计算，得到过载迟滞影响区内不同裂纹长度下裂纹尖端一个周期内的位移场。并用互相关函数找到任意一点变化前后的位移，从而获得裂纹尖端位移场数据；并可根据相关算法进一步获取应变场数据；
13、步骤10：所述步骤9中，在裂纹尖端后方设定位置布置虚拟引伸计，结合位移场数据，测量裂纹尖端后不同距离处的疲劳裂纹张开位移，获得该载荷循环中不同载荷下的裂纹张开位移曲线，可进一步分析过载迟滞影响区内裂纹闭合行为变化趋势。
14、进一步，所述步骤1中，试验前准备工作包括系统调试，相机标定，试件制备；用张氏标定法对相机进行标定。由于散斑图像中roi的置信度要求，所以需要制备显微散斑；ct试件一侧打磨成漫反射效果的光面，一面制备显微散斑；把试件安装疲劳试验机上，并在两边安装双显微相机，每个相机搭配一个镜头。
15、进一步，所述步骤2中，拍摄显微裂纹图像的相机，分辨率5472×3648pixel，横向视场应控制在2mm左右，横向视场需略大于疲劳裂纹的长度，并对拍摄图像进行矫正，记录图像空间分辨率。注：图像空间分辨率要求在0.35μm/pixel左右。拍摄显微散斑图像的相机，分辨率4096×2168pixel，视场控制在4mm×2mm左右，便于后续dic分析，并对拍摄图像进行矫正，记录图像空间分辨率。注：图像空间分辨率要求在1μm/pixel左右。进一步，所述步骤4中，用显微相机采集多个散斑图像并矫正，将多个采集图像根据彼此间共同的特征点进行图像评拼接；拼接完后获得完整的全场参考图像，该参考图像用于与任意时刻拍摄的散斑图像进行匹配截取，以此作为该循环时刻未施加载荷情况下的参考图像。该方法的优势是可以使dic更精确计算裂纹尖端位移场信息。
16、所述步骤4中，使用匹配算法确定拼接区域的过程如下：在图像1中截取中间部分的图像，使用模板匹配技术搜索图像2中匹配的区域，将这两个区域分别水平扩展至全图并截取，那么这两幅图像就是严格匹配的，最终将这两幅图像拼接。
17、通过三张散斑图像中共同的特征点使用匹配算法进行拼接匹配，获取横向视场8.6mm左右的全场参考图像，该视场大小包含了过载比2.0条件下的迟滞影响区。
18、进一步，所述步骤6中，设定试验载荷和频率等进行疲劳扩展试验，对采集到的图像，进行保存；通过双显微摄像相机同步采集不同裂纹长度下一个载荷循环内的52张显微裂纹图像和散斑图像；对采集到的图像，进行保存；观察最大载荷下的显微裂纹图像，当裂纹图像在视场中，则继续试验；反之，裂纹长度超出视场本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于子参考图像拼接匹配DIC的裂纹尖端变形原位测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于子参考图像拼接匹配DIC的裂纹尖端变形原位测量方法，其特征在于，所述步骤1中，试验前准备工作包括系统调试、相机标定和试件制备；用张氏标定法对相机进行标定，由于散斑图像中ROI的置信度要求，所以需要制备显微散斑；CT试件一侧打磨成漫反射效果的光面，一面制备显微散斑；把试件安装疲劳试验机上，并在两边安装双显微相机，每个相机搭配一个镜头。
3.如权利要求1或2所述的基于子参考图像拼接匹配DIC的裂纹尖端变形原位测量方法，其特征在于，所述步骤2中，拍摄显微裂纹图像的相机，分辨率5472×3648pixel，横向视场应控制在2mm，横向视场大于疲劳裂纹的长度，并对拍摄图像进行矫正，记录图像空间分辨率；拍摄显微散斑图像的相机，分辨率4096×2168pixel，视场控制在4mm×2mm，便于后续DIC分析，并对拍摄图像进行矫正，记录图像空间分辨率。
4.如权利要求1或2所述的基于子参考图像拼接匹配DIC的裂纹尖端变形原位测量方法，其
5.如权利要求4所述的基于子参考图像拼接匹配DIC的裂纹尖端变形原位测量方法，其特征在于，所述步骤4中，使用匹配算法确定拼接区域的过程如下：在图像1中截取中间部分的图像，使用模板匹配技术搜索图像2中匹配的区域，将这两个区域分别水平扩展至全图并截取，那么这两幅图像就是严格匹配的，最终将这两幅图像拼接。
6.如权利要求1或2所述的基于子参考图像拼接匹配DIC的裂纹尖端变形原位测量方法，其特征在于，所述步骤6中，设定试验载荷和频率等进行疲劳扩展试验，对采集到的图像，进行保存；通过双显微摄像相机同步采集不同裂纹长度下一个载荷循环内的52张显微裂纹图像和散斑图像；对采集到的图像，进行保存；观察最大载荷下的显微裂纹图像，当裂纹图像在视场中，则继续试验；反之，裂纹长度超出视场则停止试验。
7.如权利要求6所述的基于子参考图像拼接匹配DIC的裂纹尖端变形原位测量方法，其特征在于，所述步骤6中，采集软件接受控制疲劳试验机的控制单元反馈的力值，当力值等于设定的采集载荷值时，触发相机采集；所述步骤7中，基于疲劳裂纹识别及扩展长度测量算法，利用最大载荷下的显微裂纹图像，计算裂纹长度并分析裂纹扩展速率；疲劳裂纹识别及扩展长度测量算法利用高通滤波，自适应阈值滤波和裂纹骨架提取来获得裂纹长度。
8.如权利要求1或2所述的基于子参考图像拼接匹配DIC的裂纹尖端变形原位测量方法，其特征在于，所述步骤8中，对拍摄到的散斑图像，进行图像的矫正，通过DIC分析得到位移场数据，过程是选取两幅散斑图像，一幅是试件变形前采集的参考图像，另一幅是试件变形后的图像，用互相关函数找到任意一点变化前后的位移，从而获得裂纹尖端位移场数据；变形前的参考图像是通过与拼接的全局参考图像进行匹配截取获得。
9.如权利要求1或2所述的基于子参考图像拼接匹配DIC的裂纹尖端变形原位测量方法，其特征在于，所述步骤10中，根据得到的裂纹闭合情况，结合采集得到的显微裂纹图像，分析裂纹张开和闭合时，同一循环内，不同载荷下，疲劳裂纹形态的演变；根据裂纹尖端位移场数据结合裂纹闭合效应演化规律，通过对散斑图像进行应变场分析，得到Q&P钢裂纹闭合过程中疲劳裂纹尖端变形场演化规律。
10.如权利要求9所述的基于子参考图像拼接匹配DIC的裂纹尖端变形原位测量方法，其特征在于，所述步骤10中，通过位移场数据的微分直接计算出应变场；采用格林拉格朗日应变张量来描述应变，用局部最小二乘变换技术来求解应变。
...【技术特征摘要】
1.一种基于子参考图像拼接匹配dic的裂纹尖端变形原位测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于子参考图像拼接匹配dic的裂纹尖端变形原位测量方法，其特征在于，所述步骤1中，试验前准备工作包括系统调试、相机标定和试件制备；用张氏标定法对相机进行标定，由于散斑图像中roi的置信度要求，所以需要制备显微散斑；ct试件一侧打磨成漫反射效果的光面，一面制备显微散斑；把试件安装疲劳试验机上，并在两边安装双显微相机，每个相机搭配一个镜头。
3.如权利要求1或2所述的基于子参考图像拼接匹配dic的裂纹尖端变形原位测量方法，其特征在于，所述步骤2中，拍摄显微裂纹图像的相机，分辨率5472×3648pixel，横向视场应控制在2mm，横向视场大于疲劳裂纹的长度，并对拍摄图像进行矫正，记录图像空间分辨率；拍摄显微散斑图像的相机，分辨率4096×2168pixel，视场控制在4mm×2mm，便于后续dic分析，并对拍摄图像进行矫正，记录图像空间分辨率。
4.如权利要求1或2所述的基于子参考图像拼接匹配dic的裂纹尖端变形原位测量方法，其特征在于，所述步骤4中，用显微相机采集多个散斑图像并矫正，将多个采集图像根据彼此间共同的特征点进行图像评拼接。；拼接完后获得完整的全场参考图像，该参考图像用于与任意时刻拍摄的散斑图像进行匹配截取，以此作为该循环时刻未施加载荷情况下的参考图像。
5.如权利要求4所述的基于子参考图像拼接匹配dic的裂纹尖端变形原位测量方法，其特征在于，所述步骤4中，使用匹配算法确定拼接区域的过程如下：在图像1中截取中间部分的图像，使用模板匹配技术搜索图像2中匹配的区域，将这两个区域分别水平扩展至全图并截取，那么这两幅图像就是严格匹配的，最终将这两幅图像拼接。
6.如权利要求1或2所述的基于子参考图像拼接匹配dic的裂纹尖端变形原位测量方法，其特征在于，所述步骤6中，设定试验载...
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