2023年6月16-18日，由中國材料研究學(xué)會(huì)疲勞分會(huì)主辦、中國科學(xué)院力學(xué)研究所和北京科技大學(xué)共同承辦的“第五屆全國青年疲勞學(xué)術(shù)研討會(huì)”在北京成功舉辦。
本次會(huì)議主要研討的主題包括先進(jìn)材料的疲勞、疲勞與斷裂力學(xué)、服役環(huán)境下的疲勞行為、裝備的疲勞失效與壽命預(yù)測、多尺度疲勞問題、疲勞與斷裂微觀機(jī)制等，旨在更好地推動(dòng)我國疲勞領(lǐng)域看科研和學(xué)術(shù)交流，促進(jìn)科技創(chuàng)新和工程應(yīng)用。
在疲勞學(xué)術(shù)研討會(huì)主題報(bào)告中，多名學(xué)者均提到數(shù)字圖像相關(guān)法（DIC）技術(shù)在疲勞與斷裂力學(xué)研究中的應(yīng)用。新拓三維攜XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)參展，XTDIC系統(tǒng)擁有“三維”、“非接觸”、“全視場”等特點(diǎn)，近年來在實(shí)驗(yàn)力學(xué)、疲勞失效力學(xué)分析中的研究應(yīng)用中分外活躍。XTIDC系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對材料力學(xué)特性研究和結(jié)構(gòu)疲勞分析，受到高校學(xué)者和科研人員的青睞和認(rèn)可。
循環(huán)疲勞是工程系統(tǒng)中許多災(zāi)難性故障的根本原因，著名的例子包括飛機(jī)、汽車構(gòu)件、生物醫(yī)學(xué)材料、電子封裝、鐵路、橋梁等。由循環(huán)加載引起的金屬材料的弱化最終導(dǎo)致應(yīng)力作用下的斷裂，通常大大低于在單向加載下引起斷裂的應(yīng)力。這樣的故障通常發(fā)生在長期循環(huán)加載之后，使預(yù)測故障何時(shí)發(fā)生復(fù)雜化。
設(shè)計(jì)安全關(guān)鍵元件，使其能夠超過臨界循環(huán)次數(shù)，需要了解材料在所需循環(huán)次數(shù)下的疲勞強(qiáng)度。疲勞壽命的變化可能歸因于材料加工或組件制造過程中引入的罕見缺陷的存在，或材料本身的固有特征（包括屈服強(qiáng)度、極限抗拉強(qiáng)度和硬度等），疲勞強(qiáng)度隨著屈服強(qiáng)度或極限抗拉強(qiáng)度的增加而增加。隨著外加應(yīng)力的增加，金屬材料會(huì)發(fā)生不可逆的變形，表現(xiàn)為局部滑移事件，反復(fù)循環(huán)導(dǎo)致疲勞失效。
新拓三維XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)，基于數(shù)字圖像相關(guān)法（DIC）原理，通過對材料和結(jié)構(gòu)從加載到斷裂全過程進(jìn)行圖像采集，并利用DIC分析軟件計(jì)算得到材料或結(jié)構(gòu)加載過程中的位移場、應(yīng)變場及應(yīng)變速率的變化，分析并得出裂紋出現(xiàn)及演化規(guī)律。測試數(shù)據(jù)還可用于驗(yàn)證疲勞研究的理論計(jì)算和建模仿真分析，探索疲勞裂紋開裂及失效發(fā)展的規(guī)律，并能更好地揭示其內(nèi)在失效機(jī)理。
由于疲勞實(shí)驗(yàn)的特性，循環(huán)加載時(shí)間長，這就使得DIC的數(shù)據(jù)采集具有較大的數(shù)據(jù)量，為存儲(chǔ)帶來壓力。針對不同疲勞測試需求，新拓三維提供高速相機(jī)和相移方法兩種不同的數(shù)據(jù)采集方式。對于疲勞實(shí)驗(yàn)，加載方式通常為正弦波和三角波等波形加載，實(shí)驗(yàn)頻率通常在幾到幾十赫茲不等。
高速攝像機(jī)DIC測試方案
高速相機(jī)搭配DIC測量軟件的測試方案，對整個(gè)加載周期進(jìn)行連續(xù)圖像采集，以確保整個(gè)加載卸載過程都能被完整記錄下來，可直接對數(shù)據(jù)進(jìn)行位移、變形、振動(dòng)頻率和振型分析，采用高頻率的高速相機(jī)數(shù)據(jù)量往往較大。
高速攝像機(jī)數(shù)據(jù)采集示意圖
低速相機(jī)+DIC全場疲勞測試方案
在疲勞試驗(yàn)中，試樣失效時(shí)間長，采集數(shù)據(jù)量龐大。在高頻實(shí)驗(yàn)中，高速相機(jī)超大的數(shù)據(jù)量無法實(shí)時(shí)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中。以上兩種方式都不能保證采集到真正的波峰波谷。
通過XTDIC分析軟件，可根據(jù)疲勞加載實(shí)驗(yàn)觸發(fā)鎖相環(huán)功能，精確捕捉疲勞加載過程完整周期實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，還原疲勞加載周期變形和位移數(shù)據(jù)；精確記錄疲勞實(shí)驗(yàn)運(yùn)行周期和峰值下變形特性，多個(gè)相位還原一個(gè)疲勞周期；低速相機(jī)分辨率高，可對局部重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行更為準(zhǔn)確計(jì)算，測試成本低。
相移方法圖像采集示意圖
鈦合金霍普金森桿高速?zèng)_擊實(shí)驗(yàn)