r> (I)解决了不同疲劳周次对应的裂纹扩展显微CT分析时因图像放大倍数、旋转与平移等因素造成的位置与尺寸不一致性问题；(2)可以在离线CT检测条件下进行疲劳裂纹三维扩展对比分析。
【附图说明】
[0013]图1为本发明三点弯曲疲劳试验设计示意图。
[0014]图2为本发明CT扫描定位装置设计示意图。
[0015]图3为本发明三点弯曲疲劳试验加载示意图。
[0016]图4为本发明三点弯曲疲劳试验后的疲劳试样置于CT扫描定位装置示意图。
[0017]在图中，I为试样，2、V型缺口，3、位置(试样下端距离中间部位5mm位置)，4、圆盘，5、圆盘，6、平底方孔，7、夹具，8、夹具，9、夹具。
【具体实施方式】
[0018]以下结合附图对本发明进行详细的描述。
[0019]如图1所示，采用机械加工方法加工疲劳裂纹扩展三点弯曲疲劳试样I，试样尺寸为60mm (长)X 5mm (宽)X 5mm (高)，在疲劳试样中间部位采用机械加工方法或电火花方法加工出一条长5_X宽1_X深0.5_的V型缺口 2。采用细砂纸进行表面打磨抛光，光洁度达到7以上。
[0020]如图2所示，CT扫描定位装置包括直径40mm的圆盘4、直径20mm的圆盘5、平底方孔6，其中圆盘5位于圆盘4下方并连为一体，平底方孔6加工在圆盘4的上表面中心位置，尺寸为5mm(长)X5mm(宽)X 1mm(深)，将CT扫描定位装置固定在CT旋转台中心。
[0021]采用疲劳试验机对三点弯曲疲劳试样进行三点弯曲疲劳试验，图3为三点弯曲疲劳试验加载示意图，包括夹具7、夹具8和夹具9，夹具8和夹具9间距为40mm，在疲劳试验过程中按疲劳周次或位移控制停机，每隔2000疲劳周次停机，将疲劳试样卸载并移开加载夹具头。借助微米焦点X射线源高分辨率DR成像和扫描电镜表面裂纹分析结果确定本次三点弯曲试验后的疲劳试样是否需要进行CT扫描与重建。
[0022]将一定疲劳周次下的疲劳试样放置于CT扫描定位装置中，放置时保证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，即一，一，一，一，同时保持CT旋转台的中心位置不动，进行CT扫描与重建，图4为疲劳试样放置于CT扫描定位装置示意图。
[0023]CT检测后再返回重新装样加载，保持夹具头间距40mm不变，重新按原加载条件加载，2000疲劳周次后停机，将疲劳试样卸载并移开加载夹具头，再次将疲劳试样按对应位置装在CT定位装置上进行CT扫描与重建。如此反复多次得到不同疲劳周次后的CT检测结果O
[0024]以三点弯曲试验前的疲劳试样下端距离中间部位5mm位置(图1中3)的重建图像为参考图像，将不同疲劳周次后的疲劳试样下端距离中间部位5_位置(图1中3)的重建图像为待配准对象，分别选择参考图像和待配准图像中的四个顶点位置进行配准，利用powell算法获取带配准图像与参考图像的位移及旋转角度参数，然后输出配准参数值，最后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图像进行旋转操作和平移操作。
[0025]根据CT图像配准后的结果，针对最后一个裂纹扩展阶段的CT重建结果，通过图像处理方法提取裂纹体，裂纹点赋值255，其它点赋值O。将裂纹体特征提取后的z轴向切片图像堆积组成三维数据，将三维数据投影到xy坐标平面，得到投影图像，受裂纹提取精度或裂纹扩展等因素的影响，投影图像可能会出现孔洞。对投影图像黑色背景区域进行二维区域生长，通过减影操作得到理想的三维裂纹体投影图像，计算裂纹体的平均厚度。对图像空间内每一个像素点(x，y)寻找裂纹扩展曲面在当前点(x，y)对应的z坐标值，若投影图像当前点(x，y)为255(白色点)，将三维裂纹体沿厚度(z轴)方向搜索裂纹的起始点和终止点，计算z=(+)/2，作为裂纹扩展曲面当前点的z值，此时点(X，y, z)赋灰度值255，沿z轴向其它z值位置点赋灰度值O;若投影图像当前点(x，y)为0(黑色点)，且理想的三维裂纹体投影图像当前点U，Y)为255(白色点)，则裂纹扩展曲面在当前点是孔洞点，将平均厚度插值填充作为裂纹扩展曲面当前点的z值，此时点(X，y, z)赋灰度值255，沿z轴向其它z值位置点赋灰度值O ;若投影图像当前点(X，y)为O (黑色点)，且理想的三维裂纹体投影图像当前点(x，y)为0(黑色点)，则裂纹扩展曲面未扩展到当前位置，不需要处理，此时点(X，y, z)赋灰度值O ;其它情形的所有位置点赋灰度值O ;对所有像素点循环后得到单像素厚度的裂纹扩展曲面全部坐标点位置，由此提取得到单像素厚度裂纹扩展曲面。
[0026]依次将不同疲劳周次的裂纹提取结果投影到单像素厚度裂纹扩展曲面，当裂纹扩展时赋以一种新的颜色表示裂纹扩展部分，将投影后的所有坐标点位置及灰度值按三维数组分布存储为对应的z轴向切片图像，导入可视化软件进行三维可视化，由此得到单像素厚度裂纹扩展曲面增量图形。
【主权项】
1.一种用于离线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: (1)机械加工三点弯曲疲劳试样1，试样尺寸为长60_x宽5_X高5_，在中间部位加工V型缺口 2，V型缺口尺寸为长5_X宽1_X深0.5mm ； (2)CT扫描定位装置包括直径40mm的圆盘4、直径20mm的圆盘5和平底方孔6，专门用于疲劳试样安装定位，其中圆盘5连接在圆盘4下方，在圆盘4的上表面中心位置加工平底方孔，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； (3)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(3)，得到不同疲劳周次后的CT重建图像； (4)以疲劳试验前CT重建图像下端距中间部位5_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5_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； (5)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I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。
【专利摘要】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。
【IPC分类】G01N3-32, G01N3-20
【公开号】CN104865139
【申请号】CN201510287140
【发明人】敖波, 卢鹏, 邓翠贞, 肖辉
【申请人】南昌航空大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年6月1日