[发明专利]基于数字图像相关的塑性多缺陷材料M积分测量方法

摘要

本发明公开了一种基于数字图像相关的塑性多缺陷材料M积分测量方法，利用M积分的直接定义，其积分项中的位移场通过数字散斑相关技术测得；应变及位移梯度场利用三次样条拟合获得；塑性材料表面应力场通过Ramberg-Osgood本构方程计算求得；弹塑性应变能密度分布则由非线性的应力-应变曲线数值积分获得。选取包含所有缺陷的任意闭合路径，通过数值积分计算M积分值。该方法主要针对于塑性材料，适用于各种不同的缺陷及缺陷群在塑性变形时的M积分测量，可用于表征塑性材料损伤及结构完整性评估。

主权项

1.一种基于数字图像相关的塑性多缺陷材料M积分测量方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)制备拉伸试验标准试件，对该试件进行单向拉伸，得到试件材料的非线性应变-应力曲线，引入Ramberg-Osgood塑性本构：ε/ε₀＝σ/σ₀+α(σ/σ₀)ⁿ，利用最小二乘法拟合所述的应变-应力曲线，得到试件的各个材料常数：弹性模量E、泊松比v、屈服应变ε₀、屈服应力σ₀、硬化系数α及硬化指数n；(2)针对存在陷缺的同一材料另一试件，使用三维白光散斑应变测量设备，测量在其在整个加载过程中试件表面的位移场u_x和u_y；采样并记录每个载荷步下的试件表面的位移场u_x和u_y；(3)利用均值滤波器方法对步骤(2)得到的每个载荷步下含有噪声的位移场进行平滑处理，将平滑处理后的位移场在两坐标轴方向进行三次样条曲线拟合，得到位移场沿两坐标轴方向的位移梯度：和以及应变场ε_x、ε_y、ε_xy；(4)利用步骤(3)得到的应变场ε_x、ε_y、ε_xy及步骤(1)得到的各个材料常数，通过Ramberg-Osgood本构方程组：ϵx=(1+v)σx/E-v(σx+σy)/E+α(σ‾/σ0)n-1(σx-1/2*σy)/E]]>ϵy=(1+v)σy/E-v(σx+σy)/E+α(σ‾/σ0)n-1(σy-1/2*σx)/E---(2)]]>ϵxy=(1+v)σxy/E+3/2*α(σ‾/σ0)n-1*σxy/E]]>求解应力场σ_x、σ_y、σ_xy，其中为Mises等效应力；(5)重复步骤(3)和(4)，得到整个拉伸过程该试件表面任意点的应力-应变关系曲线，将该关系曲线的散点序列带入进行数值积分，得到当前载荷步下的应变能密度w；(6)选取围绕步骤(2)试件所有缺陷的任意闭合积分路径，利用M积分定义式：通过步骤(3)～(5)得到的该路径上一系列离散点的各个应力、应变、位移梯度及应变能密度，采用数值积分计算M积分值。