[发明专利]一种用于离线CT检测条件下的疲劳裂纹三维扩展对比分析方法

摘要

本发明公开了一种用于离线CT检测条件下的疲劳裂纹三维扩展对比分析方法，本方法包括如下(1)三点弯曲疲劳裂纹扩展试样设计、加工和三点弯曲疲劳试验，(2)CT扫描定位装置设计，(3)离线情况下不同疲劳周次下疲劳试样的显微CT扫描与重建，(4)不同疲劳周次下疲劳试样CT图像配准对准和图像变换，(5)裂纹体特征提取和提取裂纹体中间位置曲面，(6)裂纹扩展曲面增量图形与可视化。本发明的优点是该方法可用于疲劳裂纹三维扩展对比分析。这种处理方法适用于离线CT三维成像检测情形下不同扩展阶段的CT数据对比分析，也可用于表征疲劳裂纹扩展行为，对先进结构材料裂纹扩展分析及寿命预测具有重要的指导意义。

主权项

一种用于离线CT检测条件下的疲劳裂纹三维扩展对比分析方法，其特征在于方法为：(a) 机械加工三点弯曲疲劳试样(1)，试样尺寸为长60mm×宽5mm×高5mm，在中间部位加工V型缺口(2)，V型缺口尺寸为长5mm×宽1mm×深0.5mm；(b) CT扫描定位装置包括直径40mm的大圆柱(4)、直径20mm的小圆柱(5)和平底方孔(6)，专门用于疲劳试样安装定位，其中小圆柱(5)连接在大圆柱(4)下方，在大圆柱(4)的上表面中心位置加工平底方孔(6)，用于安装三点弯曲疲劳试样，将CT扫描定位装置固定在CT旋转台中心，确保CT扫描几何与位置参数一致；(c) 在疲劳试验过程中每隔2000疲劳周次停机，卸样并将疲劳试样放置于CT扫描定位装置中，确保疲劳试样下端四边形的四个顶点始终处于CT扫描定位装置的同一位置，然后进行CT扫描与重建，重建后再将疲劳试样装回疲劳试验机进行三点弯曲疲劳试验，重复步骤(c)，得到不同疲劳周次后的CT重建图像；(d) 以疲劳试验前CT重建图像下端距中间部位5mm处的重建图像为参考图像，将不同疲劳周次后的疲劳试样重建图像下端距中间部位5mm处的重建图像为待配准对象，分别通过CT图像中的四个顶点位置配准优化计算出旋转角度和平移坐标参数，分别以得到的旋转角度和平移坐标参数值对每个疲劳裂纹扩展阶段对应的CT图像进行图像旋转操作和平移操作；(e) 根据最后一个裂纹扩展阶段的CT图像数据采用图像处理提取裂纹特征和裂纹体的中间位置曲面，曲面厚度为1个像素，以提取到的裂纹体中间位置曲面表征裂纹扩展曲面，依次将不同疲劳周次后的裂纹提取结果沿z轴向投影到该裂纹扩展曲面得到单像素厚度裂纹扩展曲面增量图形，最后通过可视化软件将单像素厚度裂纹扩展曲面增量图形进行三维可视化，实现疲劳裂纹三维扩展对比分析。