用于弹性材料的裂纹萌生寿命试验机及使用其的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及汽车工程领域，特别涉及用于弹性材料的裂纹萌生寿命试验机及使用其的方法。
【背景技术】
[0002]材料的破坏是一个过程。破坏过程是从材料出现内部缺陷开始，之后产生裂纹并且裂纹逐渐扩展，直至材料的结构完全断裂破坏。而裂纹从出现到可见微小裂纹这一阶段称为裂纹的萌生阶段；从可见裂纹到结构完全破坏为裂纹扩展阶段；裂纹的完全断裂，使得材料出现断裂失效的现象，从而使得人们越来越重视材料的寿命问题。
[0003]近年来，关于裂纹萌生的理论日渐成熟，在工业上的应用也越来越广泛，使得准确预测裂纹的萌生寿命成为一个重要的问题。目前在市场上一般采用采用MTS测试系统和德莫西亚类型的实验机进行检测。
[0004]在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题:
[0005](I)采用采用MTS测试系统一次测量的样件数比较有限，而且不容易直接观察裂纹的生长过程。并在检测过程中对裂纹萌生不能精确确定；
[0006](2)采用德莫西亚类型的实验机在应变测量上和裂纹萌生识别上比较困难。
【发明内容】
[0007]为了解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面，本发明提供了一种用于弹性材料的裂纹萌生寿命试验机及使用其的方法。所述技术方案如下:
[0008]本发明的一个目的是提供了一种用于弹性材料的裂纹萌生寿命试验机。
[0009]本发明的还一目的是提供了一种使用用于弹性材料的裂纹萌生寿命试验机的方法。
[0010]根据本发明的一个方面，提供了一种用于弹性材料的裂纹萌生寿命试验机，所述裂纹萌生寿命试验机包括疲劳试验机和光学测量装置，所述疲劳试验机用于对试验样品进行疲劳试验，所述光学测量装置配置成在所述疲劳试验中监测试验样品的裂纹扩展情况，并基于所述疲劳试验过程中的试验数据和所述裂纹扩展情况获得所述试验样品的应力-疲劳寿命曲线图和裂纹萌生寿命。
[0011]进一步地，所述裂纹萌生寿命试验机还包括夹持装置，所述夹持装置包括上夹头和下夹头，所述试验样品通过所述上夹头和下夹头固定在所述疲劳试验机上进行疲劳试验。
[0012]进一步地，所述裂纹萌生寿命试验机还包括拉伸试验机，在所述疲劳试验前通过所述上夹头和下夹头将试验样品固定在所述拉伸试验机进行拉伸试验，以获得所述试验样品的应力-应变曲线图。
[0013]进一步地，所述夹持装置采用多工位装夹，一次试验能够装夹多个所述试验样品。
[0014]具体地，所述光学测量装置包括:
[0015]摄像装置，通过拍摄所述试验样品的在所述疲劳试验中的状态图片，用于在处理试验数据时测量所述试验样品的应变和裂纹的大小；
[0016]疲劳记数模块，所述疲劳记数模块用于统计在所述疲劳试验中的脉动循环应力的加载次数，从而计算所述试验样品的疲劳寿命；
[0017]裂纹监测模块，所述裂纹监测模块用于在所述疲劳试验机启动后，通过所述状态图片监测所述试验样品上的裂纹扩展情况；
[0018]控制与人机交互模块，所述控制与人机交互模块用于进行人机交互，且在进行疲劳试验前，在所述控制与人机交互模块中预设裂纹的阈值，
[0019]在疲劳试验时，当所述裂纹达到预设的阈值时，记录所述试验样品的脉动循环应力的加载次数和相应的裂纹萌生的状态图片，在所述裂纹达到预设的阈值时的脉动循环应力的加载次数为所述试验样品的裂纹萌生寿命。
[0020]具体地，所述光学测量装置还包括照明光源，用于所述摄像装置在拍摄所述状态图片时补充光照，
[0021 ] 所述摄像装置是CXD摄像头，
[0022]在所述疲劳试验中，所述照明光源和所述CCD摄像头设置在所述试验样品的前面；
[0023]所述弹性材料包括橡胶材料。
[0024]进一步地，在试验前，在所述试验样品上沿宽度方向设置两条标记线，并测定所述两条标记线之间的距离，用于能够在疲劳试验中获得所述试验样品的拉伸应变。
[0025]具体地，所述光学测量装置还包括:
[0026]图像缓存与处理模块，所述图像处理模块用于缓存所述状态图片；
[0027]图像采集卡，所述摄像装置通过所述图像采集卡将所述状态图片传送到所述图像缓存与处理模块中；
[0028]接口模块，所述图像采集卡通过所述接口模块将所述状态图片传送至所述图像缓存与处理模块；
[0029]应变测量模块，所述应变测量模块测量在所述拉伸试验机进行拉伸试验时的试验样品的拉伸应变，在疲劳试验中所述应变测量模块提取在每次应力加载后的所述两条标记线的特征，并获得此时所述两条标记线之间的距离；
[0030]存储模块，所述存储模块用于记录所述试验样品的应力与应变的数据和所述疲劳试验机所施加的脉动循环应力的加载次数；
[0031]所述图像缓存与处理模块、接口模块、应变测量模块、疲劳记数模块、裂纹监测模块和存储模块通过所述控制与人机交互模块控制。
[0032]根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种使用上述的用于弹性材料的裂纹萌生寿命试验机的方法，所述方法包括下列步骤:
[0033](I)沿所述试验样品的宽度方向，在所述试验样品的表面上设置两条所述标记线并测量两条所述标记线之间的距离；
[0034](2)通过所述拉伸试验机将所述试验样品拉伸到最大位置，并通过所述应变测量模块获得此时的所述试验样品的拉伸应变，之后将所获得的拉伸应变数据保存到所述存储模块中；
[0035](3)启动所述疲劳试验机并开始加载，同时使所述疲劳记数模块开始记录脉动循环应力的加载次数；
[0036](4)在所述控制与人机交互模块中预先设置预定的脉动应力循环的加载次数之后，启动所述裂纹监测模块，同时通过所述控制与人机交互模块控制所述摄像装置，使所述摄像装置按照一定的频率抓拍所述试验样品的状态图片，并将抓拍的所述状态图片存储到所述图像缓存与处理模块中；
[0037](5)所述裂纹监测模块对所述图像缓存与处理模块中的所述状态图片进行裂纹识另IJ，当识别到大于设置的阈值的裂纹时，停止对所述试验样品的监控，并将此时的脉动循环应力的加载次数和相应的裂纹萌生的状态图片保存到所述存储模块中；
[0038](6)继续对其它试验样品进行监测，直至所有的试验样品全部试验完毕。
[0039]进一步地，在所述疲劳试验的过程中，所述应变测量模块从所述图像缓存与处理模块和所述存储模块中抽取部分试验数据，以计算在疲劳试验的中间过程中所述试验样品的伸长变换情况；
[0040]在步骤(5)或(6)之后，还包括通过对所加载的脉动循环应力和脉动循环应力循环的加载次数进行数据处理以获得脉动循环疲劳寿命，并将所述脉动循环疲劳寿命转化为对称循环疲劳寿命。
[0041]本发明提供的技术方案的有益效果是:
[0042](I)本发明提供的用于弹性材料的裂纹萌生寿命试验机及使用其的方法可以一次进行多个试样的疲劳加载，且测试效率高；
[0043](2)本发明提供的用于弹性材料的裂纹萌生寿命试验机及使用其的方法使用无接触的光学测量试样的疲劳加载应变，使得结果更加准确；
[0044](3)本发明提供的用于弹性材料的裂纹萌生寿命试验机及使用其的方法采用摄像设备实时监测裂纹的出现，能更准确地记录疲劳寿命次数；
[0045](4)本发明提供的用于弹性材料的裂纹萌生寿命试验机及使用其的方法能够检测试验过程中由于应力软化和滞回造成的样件变化，且不用停机进行检测。
【附图说明】
[0046]图1是根据本发明的一个实施例的用于弹性材料的裂纹萌生寿命试验机的结构示意图；
[0047]图2是图1所示的固定有试验样品的夹持装置的结构示意图；
[0048]图3是图1所示的计算机的结构示意图；
[0049]图4是根据本发明的一个实施例的使用用于弹性材料的裂纹萌生寿命试验机的方法的流程图。
[0050]其中，100用于弹性材料的裂纹萌生寿命试验机，10光学测量装置，11试验样品，112标记线，12摄像装置，13照明光源，14图像采集卡，15计算机，151接口模块，152图像缓存与处理模块，153疲劳记数模块，154裂纹监测模块，155应变测量模块，156存储模块，157控制与人机交互模块，20夹持装置，21上夹头，22下夹头。
【具体实施方式】
[0051]为使本发明的目的、技术方案和优点