申请/专利权人：东南大学;江苏省特种设备安全监督检验研究院

申请日：2023-11-21

公开（公告）日：2024-02-23

公开（公告）号：CN117592267A

主分类号：G06F30/20

分类号：G06F30/20;G01N3/18;G01N3/08;G06F30/17;G06F119/02;G06F119/12;G06F119/08

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.03.12#实质审查的生效;2024.02.23#公开

摘要：本发明提供一种耦合检测场景‑数据采集‑反演算法的自适应压入方法，首先开展具备多源数据采集特性的压入检测；其次，根据检测场景匹配测试方案与反演算法；而后，对压入检测数据进行预处理，具体包括：基于压痕DIC的比例极限计算、基于压杆DIC的真实压入深度计算、加载‑卸载曲线拟合、弹性‑塑性压痕能计算和有效杨氏模量计算；最后，根据压入测试方案，从增量压痕算法、幂强化压痕能算法、简化增量压痕算法和幂强化数据库算法中选择合适算法完成被检测对象的等效应力‑等效应变反演。本发明采取针对性的测试与数据采集方案，并据此匹配单轴力学性能反演算法，确保压入检测方法面对不同实际工程检测场景，始终具有较高的可操作性和检测精度。

主权项：1.一种耦合检测场景-数据采集-反演算法的自适应压入方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：开展具备多源数据采集特性的压入检测；然后根据检测场景匹配测试方案与反演算法步骤2：对压入检测数据进行预处理；具体为：步骤2.1基于压痕DIC的比例极限计算：步骤2.1.1：通过面向试样的光学组件采集压痕凹坑附近被检测试样表面实时的数字散斑分布，使用数字图像相关技术分析软件对比压入测试前、后被检测试样表面的数字散斑分布，获得被检测试样表面的塑性应变分布；步骤2.1.2：将被检测试样表面塑性应变梯度线用用圆形拟合，通过设置塑性应变阈值εth，确定对应于压入测试最大载荷Pmax，若为包含N次加载-卸载的压入测试，则该最大载荷实质为第N个压入循环的最大载荷PmaxN的压痕塑性区半径rp；步骤2.1.3：分别根据公式1和公式2计算被测试材料的应力比例极限σ0和应变比例极限ε0； 式中，E为被测试材料的杨氏模量；步骤2.2：基于压杆DIC的真实压入深度计算；步骤2.2.1：应用数字图像相关方法，通过远心镜头捕捉的压杆表面实时散斑分布计算压杆位移分布，压杆位移变化规律用公式3拟合；U＝U0+fUL3式中，U为距离压杆顶端L处的位移，U0为压杆的整体平移，fUL是压杆位移梯度随压杆顶端距离L的变化函数；步骤2.2.2：对于任一压入载荷P，根据步骤2.2.1中的压杆位移梯度fUL计算距离压杆顶端L0处的位移梯度fUL0-P，并将其作为压杆弹性压缩变形；根据公式4计算对应于压入载荷P的真实压入深度ht；ht＝h-fUL0-P4步骤2.3：加载-卸载曲线拟合；步骤2.3.1：根据公式5拟合压入载荷-压入深度的加载曲线，得到加载系数C和加载指数m；P＝Chm5步骤2.3.2：根据公式6拟合压入载荷-压入深度第i个压入循环的卸载曲线，得到第i个压入循环的卸载斜率Si和塑性压入深度hpi； 步骤2.4：弹性-塑性压痕能计算；分别根据公式7和公式8计算第i个压入循环的弹性压痕能Wei和塑性压痕能Wpi； 式中，floadi和funloadi分别为第i个压入循环的加载曲线和卸载曲线，hmaxi为第i个压入循环的最大压入深度；步骤2.5：有效杨氏模量计算；步骤2.5.1：根据公式9计算第i个压入循环的有效杨氏模量Eeffi； 式中，R为圆球形压头半径，Eind和vind分别为球形压头的杨氏模量和泊松比；hri为第i个压入循环的二次加载深度，根据公式10计算；R0i为第i个压入循环的残余压痕凹坑曲率半径，根据公式11计算； 步骤2.5.2：对于包含多次加载-卸载的压入测试，将第一个压入循环的有效杨氏模量Eeff1作为被测试材料的杨氏模量E；对于单次加载-卸载的压入测试，将被测试材料的杨氏模量E需要人为输入，可以通过非线性超声等无损检测或查表法获得；步骤3：根据压入测试方案，从增量压痕算法、幂强化压痕能算法、简化增量压痕算法和幂强化数据库算法中选择合适算法完成被检测对象的等效应力-等效应变反演；其中步骤3具体为：步骤3.1：增量压痕算法；采用步骤2.1，基于试样DIC计算的比例极限σ0-ε0；分别根据公式12和公式13计算第i个压入循环的等效应力σeqi和等效应变εeqi； 式中，Wpi-1为第i-1个压入循环的塑性压痕能，当i＝1时，Wp0为0；σeqi-1和εeqi-1分别为第i-1个压入循环的等效应力和等效应变，当i＝1时，σeq0和εeq0分别为σ0和ε0；Eeffi-1为第i-1个压入循环的有效杨氏模量，当i＝1时，Eeff0为E；Pmaxi和Pmaxi-1分别为第i和第i-1个压入循环的最大压入载荷；步骤3.2：简化增量压痕算法；步骤3.2.1假设被测试材料的应力比例极限ε0为0.002，分别根据步骤3.1中的公式12和公式13计算第i个压入循环的等效应力σeqi和等效应变εeqi；步骤3.2.2：使用公式14所示的幂函数本构方程拟合步骤3.2.1计算的等效应力-等效应变数据点，得到被测试材料的加工硬化指数n； 步骤3.2.3：将步骤2.3.1得到的加载系数C和步骤3.2.2计算的加工硬化指数n带入公式15，拟合得到被测试材料的应变比例极限ε0； 式中，ajkj＝0,1,2；k＝0,1,2为拟合系数；步骤3.2.4：若步骤3.2.1中计算等效应力-等效应变数据点所用应力比例极限ε0与步骤3.2.3的拟合结果相比误差小于收敛性判据δ，则认为步骤3.2.1计算的等效应力σeqi和等效应变εeqi数据为真；否则，应将步骤3.2.3拟合的应变比例极限ε0带入步骤3.2.1并重复上述计算过程，直至满足收敛性判据δ；步骤3.3：幂强化压痕能算法；采用步骤2.1基于试样DIC计算的比例极限σ0-ε0；根据公式16计算公式14所示等效应力-等效应变关系中的加工硬化指数n； 式中，σeq-M为等效均值应力，根据公式17计算； 步骤3.4幂强化数据库算法；压入载荷-压入位移的加载曲线带入公式18所示的回归方程，拟合得到公式14所示幂函数本构方程的应变比例极限ε0和加工硬化指数n； 式中，aJKM为拟合系数。

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