[发明专利]一种基于断口形貌分形特征的裂纹扩展评价方法

权利要求书

1.一种基于断口形貌分形特征的裂纹扩展评价方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)通过疲劳试验、冲击试验和准静态拉伸试验等固体断裂力学实验，获取不同条件下的试样断口形貌样件；

(2)将步骤(1)中获取的断口形貌样件分类、清洗，在保证不破坏断口形貌花样的前提下，清洗至没有污染物存在，确保采集的图像无外来物干扰；将断口划分为裂纹萌生、裂纹稳定扩展和裂纹失稳扩展三个区域；同时根据试样断裂条件(加载速度、各向异性等)不同进行分类，在显微镜下观察断口形貌花样，确定局部形貌与整体形貌呈自相似性的形貌特征，在断口不同区域拍摄不同尺度下的具有自相似特征的形貌图像；

(3)采用盒计数法计算步骤(2)中图像的分形维数，过程如下：1)对原始的断口形貌灰度图像进行图像增强、二值化等图像处理；2)把图像划分成相同特征长度r的盒子(由k个像素点组成，k＝1,2,4,···,2i)，统计填充在分形集的盒子数n；3)输出盒子数n随盒子长度r的变化关系，输出局部分形维数d＝-dlnn/dlnr随盒子长度r的变化关系，最终图像的实际分形维数取自某一特征长度r范围内，分形维数d稳定阶段的平均值；

(4)基于步骤(3)中不同区域、不同尺度形貌图像对应的分形维数，建立分形维数d大小与不同加载条件、不同材料性能、不同断口区域等影响裂纹扩展因素的关联，采用分形维数对裂纹扩展进行评价。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据裂纹萌生、裂纹稳定扩展和裂纹失稳扩展三个阶段裂纹扩展速度的差异，分别获得三个区域的分形维数，以此分形维数对裂纹扩展速度、裂纹扩展路径进行评价。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据不同加载速度下断口形貌的分形维数，评价裂纹扩展受加载速度的影响。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获得不同晶面断口的分形维数，以此分形维数评价裂纹扩展受晶向的影响。