使用数字图像相关性对焊接试样共振疲劳测试中的裂纹监测

焊接细节的疲劳特性通常由小规模试样确定，可以有效地进行测试。测试包括应用循环负载。最终，一个微小的裂缝将启动。

然后，裂纹将生长并通过试样传播。测试运行，直到试样褪色。测试的结果是管道负载级别故障之前负载周期数。

这种失败的发现通常相当明显，但如何确定裂纹启动？下面介绍了一种利用数字图像相关性的实验方法。以下测试中使用的试样包含 10mm 和 25mm 板之间的多层。

试样由355的结构钢制成。在疲劳装载时，10mm 板上的焊接孔预计将形成裂纹。对于数字图像相关性，在试样表面上应用斑点图案。

在清洁任何污垢或机油后，使用喷漆应用焊缝和周围区域。斑点是通过白色和黑色油漆交替层获得的。喷嘴与试样保持一定距离，使喷涂形成细小的斑点，而不是接近的油漆层。

斑点在 0.1mm 的幅度下应尽可能精细。测试在一台200公斤牛顿共振试验机上运行。在此设置中，数字图像相关性的摄像机被放置在试样上方。

正确设置相机镜头的焦距和光圈至关重要。为留出较短的曝光时间，必须提供足够的照明。四个 LED 灯位于试样附近。

为了减少反射，在灯光和摄像机上应用了极化滤光片。测试以 34 Hz 的加载频率运行，每个负载周期的周期约为 29 毫秒。摄像机的曝光时间应是此负载周期的一小部分。

对于已使用的设置，0.8 毫秒的曝光时间已证明适用。摄像机由测试机的力信号触发。为了补偿触发信号和实际图像采集之间的延迟，可能需要在负载信号峰值之前设置一些触发。

第一个负载循环以静态方式应用。在最大负载下，将拍摄焊接图像。然后开始循环加载的实际疲劳测试。

图像以测试机器的力信号触发的预定义负载周期间隔拍摄，而不会中断测试。应选择间隔，以便在测试期间获得大约 100 到 200 张图像。这应该足以确定裂纹启动与必要的精度，同时避免过度的数据采集。

海滩标记的生成是可选的。用于验证数字图像相关性检测到的裂纹长度。周期是一个减少的负载范围，并在疲劳测试期间定期引入。

完成测试后，这些间隔内裂纹传播的减少在裂纹表面的半椭圆标记中可见。测试后，对数字图像相关性进行评估，以计算试样载荷方向的应变。具体程序将取决于应用的软件。

要计算第一个静态负载周期中的图像作为参考，其中为连续图像计算的所有应变都是相对的。控制图的范围被调整，以抑制可能的噪声和证据裂纹的形成。然后运行在测试期间获取的图像。

最终，焊孔的应变将开始增加，表明另一个裂纹正在形成。技术或微观裂纹启动，而假定约束超过长度2mm的1%。在焊接条件下，该试样在试样中间包含拉伸残余应力，在边缘包含压缩残余应力。

因此，裂纹应靠近试样的中心线。此时已形成一个微小的裂缝。为了验证观察到的裂纹长度，将结果与测试期间生成的海滩标记进行比较。

在海滩痕迹的形成过程中，裂缝的生长明显放缓。该试样焊接后减压。因此，裂纹启动不受残余应力的影响。

沿焊缝的不同位置形成几个裂纹。他们成长，如海滩标记所示，并最终统一。采用数字图像相关性的介绍程序允许在疲劳试验中进行技术裂纹启动和监控和裂纹传播。

它适用于高负载频率的谐振测试机，而不会中断运行测试。在焊接试样上采用，它允许覆盖试样的整个宽度，以检测在焊接孔上启动的裂纹。