基于数字图像相关的激光修复镍基合金疲劳损伤表征方法研究

摘要

开展激光修复镍基合金的疲劳试验,对研究修复材料疲劳性能及分析其失效行为具有重要意义。疲劳过程中,试件产生局部损伤,会导致材料力学性能恶化。如何建立光学变形场与疲劳损伤参数的定量关系实现对疲劳损伤的有效表征,是实验力学领域备受关注的问题。从激光修复镍基合金疲劳失效行为研究的需求出发,本文建立了基于单相机三维数字图像相关的疲劳光力学测试系统,并设计了包含“修复基体-修复边界-修复区”的组合型拉伸疲劳试件,在建立的测试系统下可同时测量和表征试件三种区域的全场变形。利用所建立的测试系统,实现了激光修复材料在拉-拉疲劳过程中的全场变形在线测量,得到了不同疲劳周次下的试件基体、修复边界和修复区的位移场与应变场;根据测量得到的应变场提出了疲劳中以试件历经不同循环周次后的残余应变为损伤参量的表征方法,并获得了修复镍基合金试件疲劳过程中残余应变场的演化规律。试验结果表明,在疲劳过程中,试件残余应变场内存在应变集中现象,应变集中幅值随疲劳周次的提高而增加,试件残余应变集中区域内的应变集中值远高于非应变集中区域,因此根据该结果可有效地预测疲劳裂纹萌生的时机与位置。