CN109313110A - 使用数字图像相关技术的应用评估 - Google Patents

使用数字图像相关技术的应用评估 Download PDF

Info

Publication number
CN109313110A
CN109313110A CN201780034574.2A CN201780034574A CN109313110A CN 109313110 A CN109313110 A CN 109313110A CN 201780034574 A CN201780034574 A CN 201780034574A CN 109313110 A CN109313110 A CN 109313110A
Authority
CN
China
Prior art keywords
image
material surface
strain
property
capture
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201780034574.2A
Other languages
English (en)
Inventor
J·汤姆比
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SABIC Global Technologies BV
Original Assignee
SABIC Global Technologies BV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SABIC Global Technologies BV filed Critical SABIC Global Technologies BV
Publication of CN109313110A publication Critical patent/CN109313110A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/32—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/32—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces
    • G01N3/36—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces generated by pneumatic or hydraulic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0001—Type of application of the stress
    • G01N2203/0005—Repeated or cyclic
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/003—Generation of the force
    • G01N2203/0042—Pneumatic or hydraulic means
    • G01N2203/0044—Pneumatic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/003—Generation of the force
    • G01N2203/0057—Generation of the force using stresses due to heating, e.g. conductive heating, radiative heating
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/0069—Fatigue, creep, strain-stress relations or elastic constants
    • G01N2203/0073—Fatigue
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/0069—Fatigue, creep, strain-stress relations or elastic constants
    • G01N2203/0075—Strain-stress relations or elastic constants
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/0202—Control of the test
    • G01N2203/0212—Theories, calculations
    • G01N2203/0218—Calculations based on experimental data
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
    • G01N2203/0641—Indicating or recording means; Sensing means using optical, X-ray, ultraviolet, infrared or similar detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
    • G01N2203/0641—Indicating or recording means; Sensing means using optical, X-ray, ultraviolet, infrared or similar detectors
    • G01N2203/0647—Image analysis

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

本文公开了用于材料寿命评估的过程、装置和系统。一种方法包括：至少基于性质随时间的周期，使应力或应变施加到材料表面；使得材料表面的图像被捕获，其中图像的捕获与性质周期相关联；并且至少基于所捕获的图像确定材料表面的表面应变能密度(SSED)模型。

Description

使用数字图像相关技术的应用评估
技术领域
本公开内容涉及包括材料组件的应用的评估。更具体地，本公开内容涉及使用数字图像相关技术用于应用评估的方法和系统配置。
背景技术
寿命评估方法学正在获得更多关注和重要性，尤其是在经受疲劳、磨损、侵蚀等的组件的应用中。诸如包括聚合物组件的那些应用可能经受严酷的环境，其中组件的寿命可能显著降低。由于多种因素的影响，目前对疲劳故障及其随后的寿命评估的理解通常基于实证研究。例如，这种实证研究可包括在固定或分离条件下调查各种疲劳影响因素(例如应力、温度、纤维取向、应力比(R-比)、频率等)。标准测试方法可以包括用于材料表征的拉伸疲劳、应力周期(SN曲线疲劳)等。然而，这些因素的实证研究不是一种成本有效的方法，因为调查这种疲劳行为至少需要进行大量的实验。
将这些面向应用的解决方案转换为广泛适用的方法也是困难的。找到适合不同应用的通用促进技术仍然是一个挑战，至少是由于遇到的设计复杂性的广度。目前的解决方案通常集中在一般的组件水平(例如拉伸杆、元件水平等)，在包括焊接线、纤维取向、凹口等的复杂应用的疲劳评估/预测方面留下研究空白。
本公开内容解决了现有技术的这些和其他缺点。
发明内容
在一个方面，本公开内容涉及使用基于表面应变能密度(SSED)故障准则的疲劳模型来评估组件(例如，聚合物制品)的系统和方法。可以基于光学三维(3D)全应变场测量来计算表面应变能密度值。因此，SSED可用于表征各种负载条件下的物理零件/组件的寿命。应变能密度的临界表面区可以被识别为潜在故障例如焊接线、更高应力梯度区、凹口等的热点。然而，传统方法(因为故障位置有时未知)难以测量临界表面区的应变。本公开内容的系统和方法可以包括使用数字图像相关(DIC)技术计算临界表面上的SSED。换句话说，可以通过量化由在经受负载的特定间隔组件上的材料消耗或累积的表面能的量来评估组件。
附图说明
并入本说明书中并构成本说明书的一部分的附图图解了若干方面，并且与说明书一起用于解释本公开内容的原理。
图1显示了根据本公开内容的方面的系统的示意图。
图2显示了根据本公开内容的方面的系统的示意图。
图3显示了根据本公开内容的方面的系统的示意图。
图4显示了根据本公开内容的方面的方法的流程图。
图5显示了根据本公开内容的方面的方法的流程图。
图6显示了根据本公开内容的方面的方法的流程图。
图7显示了根据本公开内容的方面的连接到脉冲压力的压力容器样品。
图8A-8B各自显示了疲劳评估区的应变等值线图，其中，图8A图解了从没有焊接线的区的顶部浇口(gate)的样品和图8B图解了从具有焊接线的区的侧面浇口的样品。
图9显示了基于对数间隔测量的对于两个不同负载情况的样本寿命期间的应变演变。
图10A和10B显示了对于在稳定区上负载和卸载的五个周期平均的σ-ε图。
图11显示了在焊接线和非焊接线区之间比较的样本寿命期间的应变演变。
图12A-B显示了对于不同温度、R-比、压力水平的双-对数图Nf对Δ∈×Δσ：(A)侧浇口非焊接线样品；和(B)侧浇口焊接线样品。
图13A-B各自显示了表面应变能密度对寿命图，伴随着不同的温度、R-比、压力水平、纤维取向，其中图13A基于单幂次定律和图13B基于双幂次定律。
具体实施方式
本公开内容的系统和方法涉及使用表面应变能密度(SSED)故障标准和定制的实验设置来评估组件零件。作为实例，可以基于使用立体数字图像相关(DIC)系统的光学3D全应变场测量来计算SSED值。SSED值可以被认为是损伤参数(DP)并且可以用于表征组件零件或整个应用的寿命，而与可以应用的各种负载条件无关。
应理解，本文使用的术语仅用于描述特定方面的目的，并非意欲限制性的。如说明书和权利要求中所使用的，术语“包含(comprising)”可以包括“由......组成(consistingof)”和“基本上由......组成(consisting essentially of)”的方面。除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开内容所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。在本说明书和所附权利要求书中，将参考本文定义的许多术语。
系统
图1图解了根据本公开内容的方面的系统100的示意图。系统100包括诸如组件或零件的应用102，其可被定位用于评估。评估可以包括数字图像相关104，其可以基于由被配置为捕获应用102的图像的一个或多个传感器103(例如光学传感器、相机等)收集的信息。评估还可以包括应用负载106(例如疲劳负载)到应用102以在应用102的材料表面中产生应力或应变。作为实例，当各种负载条件被应用于应用102时，可以捕获应用102的一系列图像。
负载条件可包括机械负载、热负载、振动负载、压力负载等。可以动态地或静态地将负载条件应用于应用以促进数字图像相关104。作为实例，可以使用数字图像相关104来处理由一个或多个传感器103捕获的应用102的图像。在某些方面，捕获的图像可以是灰度值数字图像，当应用暴露于负载106时，可以对其进行分析以确定应用102的至少一部分的轮廓和/或位移。可以将其他数字图像和处理技术用于数字图像相关104。
可以经由计算设备108来控制图像的捕获和各种负载以及并行同步负载分布(profile)的应用。作为实例，计算设备108可以被配置为使图像的捕获与负载的应用同步。可以通过经由计算设备108执行的硬件和/或软件来控制这种同步。
可以处理从数字图像相关104生成的捕获的图像和信息以生成应用102的表面应变能密度(SSED)模型110。可以基于光学3D全应变场测量(例如数字图像相关104)来计算SSED模型110。SSED模型110可以用于表征应用102用于各种负载条件的寿命或磨损。如本文所用，寿命评估可涉及材料或产品的生命周期中的任何点期间的磨损参数。寿命评估可以包括磨损点和潜在故障的预测建模和/或比较或相对磨损或故障分析。应变能密度的临界表面区通常是潜在故障例如焊接线、更高应力梯度区、凹口等的热点。如本文所描述，在应用(例如，应用102)的高寿命区和低寿命区中，应变能密度是一致的参数，根据低寿命的能量损耗或高寿命的弹性能来区分。因此，依赖于SSED模型110来确定应用的磨损和/或寿命提供了对传统测试方法的改进。例如，故障模型的传统的应力对周期集中于恒定负载条件或简单几何结构下的疲劳行为。这包括恒定负载参数，例如负载比、温度、方向性(例如多轴)等。这种传统建模可能不是时间/成本有效的方法，这至少部分地归因于调查这样的疲劳行为通常需要的实验的数量。相反，根据本公开内容的SSED模型110提供了用于沿着主题应用的生命周期从开始到疲劳进行测试的有效快速评估工具。
在某些方面，本公开内容的系统和方法可以以预测性质(nature)应用，由此所得到的SSED模型110可以用作设计和产品开发的材料疲劳模型。作为实例，SSED模型110可以用作软件建模工具的一部分或替代软件建模工具，以辅助材料选择、设计建模和预测性能建模。
在某些方面，本公开内容的系统和方法可以作为优化周期的一部分来应用，由此可以提供本公开内容的系统和方法作为用于产品诸如材料应用的优化的测试平台。作为实例，与传统建模工具相比，本公开内容的评估提高的效率允许使用各种材料、负载条件、形状、设计等的多个实验。这种快速测试可以在优化给定应用的方案——例如原型测试和评估——时提供额外的预测数据。
在某些方面，本公开内容的系统和方法可以应用为应用和/或过程验证程序(validation procedure)的一部分。例如，可以随时间分析与各种过程有关的零件性能和反馈回路(有或没有外部信息)。作为进一步的实例，这种验证程序可以用作管理测试、材料认证和/或产品认证协助或与监管测试、材料认证和/或产品认证协助结合使用。
在某些方面，本公开内容的系统和方法可以应用为应用和/或过程质量控制检查的一部分。在产品的制造和商业化期间，包括SSED模型110的本公开内容的系统和方法可以用作对各种制造零件、运行、批次等的快速质量控制检查。此外，SSED模型110可以提供预测寿命测量，用于在特定环境中对各种零件和组件进行范围修复、更换和维护。
本公开内容的系统和方法可以包括软件和/或硬件组件，其可以与常规程序和平台——例如通常依赖于填充模拟、纤维取向分布和微结构分析、局部性质分析、各向异性材料建模、零件性能建模、原位应变验证和时间-故障分析的那些——结合使用或作为其替代使用。
图2图解了根据本公开内容的方面的系统200的示意图。作为非限制性实例，系统200涉及水管理应用。应理解，其他环境和应用可以类似地使用所描述的系统和方法。
系统200可包括脉冲器(pulsator)202，其被配置成至少基于性质随时间的周期将应力或应变施加到材料表面204。材料表面204可以是组件或零件的表面。材料表面可包括热点区，例如经受疲劳或故障的区域(例如焊接线、凹口等)。尽管参考脉冲器202描述了方面，但是应当理解，可以使用各种负载发生器来使用任何负载装置将应力或应变施加到材料表面。如所示，脉冲器202可以配置成控制泵送到由材料表面204限定的通道205中的流体203的周期压力和温度。泵送流体203的性质周期可以包括温度变化或压力变化，或两者。
传感器206可以被配置为捕获材料表面204的图像。传感器206可以包括一个或多个数字相机。在某些方面，可以定位至少两个相机以捕获材料表面204的区域的各种视点。作为实例，可以使用数字图像相关(DIC)207捕获和处理一系列图像以生成区或完整组件的模型。DIC 207图像捕获和处理可以包括基于二维和/或三维表面和物体的变形映射和/或体积相关。应当理解，在不脱离本公开内容的精神的情况下，可以使用各种DIC技术。
图像的捕获可以与脉冲器202提供的负载的性质周期相关。作为实例，图像的捕获可以与脉冲器202提供的负载的性质周期同步。作为进一步的实例，可以使用由DIC 207捕获和处理的图像将图像的捕获与性质周期相关联。图像可以用于使性质周期的峰值与图像的捕获同步。当脉冲器202施加应力或应变时，负载分布(例如，来自前置放大器的压力信号)可用于触发负载分布中的特定点处的图像的捕获。可以使用各种规则和阈值来基于负载分布来触发图像的捕获。
一个或多个处理器208可以被配置为至少基于由传感器206捕获的图像来确定材料表面204的表面应变能密度(SSED)模型210。可以使用各种能量密度函数来生成SSED模型210。处理器208可以进一步被配置为至少基于SSED模型210确定与材料表面204相关联的寿命参数。例如，可以将SSED模型210与已知记录的记录进行比较以确定组件的剩余生命。作为进一步的实例，寿命参数可以是与材料或产品的生命周期相关的任何磨损或故障参数(例如，预测参数)。
这种功能是否实施为硬件或软件取决于强加于整个系统的设计约束。技术人员可以针对每个特定应用以不同的方式实施所描述的功能，但是这种实施决策不应被解释为导致脱离本公开内容的范围。另外，模块、框或步骤内的功能分组是为了便于描述。在不脱离本公开内容的情况下，可以从一个模块或框移动特定功能或步骤。
结合本文中所揭示的方面而描述的各种说明性逻辑单元和模块可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑设备、离散门(discrete gate)或晶体管逻辑、离散硬件组件或被设计用于执行本文所述的功能的其任何组合来实施或执行。通用处理器可以是微处理器，但是可选地，处理器可以是任何处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以实施为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP核，或任何其他这样的配置。
结合本文中所揭示的方面而描述的方法或算法的步骤可直接体现于硬件中，由(例如，计算机的)处理器执行的软件模块中或两者的组合中。软件模块可以驻留在例如随机存取存储器(RAM)、闪存、只读存储器(ROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM)、电可擦可编程只读存储器EEPROM、寄存器、硬磁盘、可移动磁盘、光盘只读存储器(CD-ROM)或任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质可以偶合到处理器，使得处理器可以从存储介质读取信息和向存储介质写入信息。在可选的方案中，存储介质可以是处理器的必需部分。处理器和存储介质可以驻留在专用集成电路(ASIC)中。
在至少一些方面，处理系统(例如，系统100、200或执行体现系统100、200的软件的一个或多个计算设备)——其实施本文描述的一种或多种技术的一部分或全部——可以包括包括或被配置为访问一个或多个计算机可访问媒体的通用计算机系统。
图3描绘了通用计算机系统，其包括或被配置为访问一个或多个计算机可访问媒体。在所图解的方面，计算设备300可以包括一个或多个处理器310a、310b和/或310n(其在本文中可以称为单一处理器310，或者称为多个处理器310)，其经由输入/输出(I/O)接口330偶合到系统存储器320。计算设备300可以进一步包括偶合到I/O接口330的网络接口340。
在各个方面，计算设备300可以是单处理器系统，其包括一个处理器310或包括若干处理器310(例如，两个、四个、八个或其他合适数量)的多处理器系统。处理器310可以是能够执行指令的任何合适的处理器。例如，在各个方面，处理器(一个或多个)310可以是实施各种指令集架构(ISA)——例如x86、具有增强RISC的性能优化(精简指令集计算)-性能计算(PowerPC)、可扩展处理器架构(SPARC)或MIPS ISA(指令集架构)或任何其他合适的ISA——中的任何一种的通用或嵌入式处理器。在多处理器系统中，每个处理器310可以共同但不是必须地实施相同的ISA。
在一些方面，图形处理单元(“GPU”)312可以参与提供图形渲染和/或物理处理能力。例如，GPU可以包括专用于图形计算的高度并行化的处理器架构。在一些方面，处理器310和GPU312可以实施为相同类型的设备中的一个或多个。
系统存储器320可以被配置为存储可由处理器(一个或多个)310访问的指令和数据。在各个方面，系统存储器320可以使用任何合适的存储器技术——例如静态随机存取存储器(“SRAM”)、同步动态RAM(“SDRAM”)、非易失性/闪存TM型存储器或任何其他类型的存储器——来实施。在所图解的方面，实施一个或多个所需功能的程序指令和数据，例如上面描述的那些方法、技术和数据，被显示为作为代码325和数据326存储在系统存储器320内。
在一个方面，I/O接口330可以被配置为协调处理器(一个或多个)310、系统存储器320和包括网络接口340或其他外围接口的设备中的任何外围设备之间的I/O流量。在一些方面，I/O接口330可以执行任何必要的协议、定时或其他数据转换，以将来自一个组件(例如，系统存储器320)的数据信号转换成适合于由另一个组件(例如，处理器310)使用的格式。在一些方面，I/O接口330可以包括对通过各种类型的外围总线(bus)——例如外围组件互连(PCI)总线标准或通用串行总线(USB)标准的变体——附接的设备的支持。在一些方面，I/O接口330的功能可以分成两个或更多个单独的组件，例如北桥接和南桥接。而且，在一些方面，I/O接口330的一些或所有功能——诸如到系统存储器320的接口——可以直接并入到处理器310中。
网络接口340可以被配置为允许在计算设备300和附接到一个或多个网络350的其他一个或多个设备360——例如其他计算机系统或设备——之间交换数据。在各个方面，网络接口340可以支持经由任何合适的有线或无线通用数据网络——例如以太网(Ethernet)网络的类型——通讯。另外，网络接口340可以支持经由通讯/电话网络——例如模拟语音网络或数字光纤通讯网络，经由存储区网络——例如光纤通道SAN(存储区网络)，或经由任何其他合适类型的网络和/或协议的通讯。
在一些方面，系统存储器320可以是计算机-可访问介质的一个方面，其被配置为存储如上面所描述的程序指令和数据，用于实施相应方法和装置的各方面。然而，在其他方面，可以在不同类型的计算机-可访问介质上接收、发送或存储程序指令和/或数据。一般而言，计算机-可访问介质可以包括非暂时性存储介质或存储器介质，诸如磁性或光学介质，例如经由I/O接口630偶合到计算设备300的磁盘或DVD/CD。非暂时性计算机-可访问存储介质还可以包括任何易失性或非易失性介质，例如RAM(例如，SDRAM、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(DDR SDRAM)、rambus动态随机存取存储器(RDRAM)、SRAM等)、ROM等，其可以包括在计算设备300的一些方面中作为系统存储器320或其他类型的存储器。进一步，计算机-可访问介质可以包括通过诸如网络和/或无线链路(link)之类的通讯介质传送的例如可以通过网络接口340实施的那些传输介质或信号，例如电信号、电磁信号或数字信号。多个计算设备的部分或全部，例如图3中图解的那些，可以用于在各个方面实施所描述的功能；例如，在各种不同设备和服务器上运行的软件组件可以协作以提供功能。在一些方面，除了使用通用计算机系统实施之外或代替使用通用计算机系统实施，可以使用存储设备、网络设备或专用计算机系统来实施所描述的功能的部分。本文使用的术语“计算设备”指的是至少所有这些类型的设备，并且不限于这些类型的设备。
还应当理解，附图中的系统仅仅是说明性的，并且可以使用其他实施。另外，应当理解，本文公开的功能可以用软件、硬件或软件和硬件的组合来实施。其他实施对于本领域技术人员来说应该是显而易见的。还应当理解，服务器、网关或其他计算节点可以包括可以交互并执行所描述类型的功能的硬件或软件的任何组合，包括但不限于台式或其他计算机、数据库服务器、网络存储设备和其他网络设备、个人数字助理(PDA)、平板电脑、手机、无线电话、寻呼机、电子记事本、互联网设备以及包括适当通讯功能的各种其他消费产品。另外，由所图解的模块提供的功能在一些方面可以组合在更少的模块中或分布在附加模块中。类似地，在一些方面，可以不提供一些图解的模块的功能和/或可以使用其他附加功能。
前面部分中描述的每个操作、过程、方法和算法可以以由至少一个计算机或计算机处理器执行的代码模块实施，并且完全或部分地由这些模块自动化。代码模块可以存储在任何类型的非暂时性计算机-可读介质或计算机存储设备中，例如硬盘驱动器、固态存储器、光盘等。过程和算法可以部分或全部地在专用电路中实施。所公开的过程和过程步骤的结果可以持久地或以其他方式存储在任何类型的非暂时性计算机存储器例如易失性或非易失性存储器中。
上面描述的各种特征和过程可以彼此独立地使用，或者可以以各种方式组合。所有可能的组合和子组合都旨在落入本公开内容的范围内。另外，在一些实施中可以省略某些方法或过程框。本文所描述的方法和过程也不限于任何特定顺序，并且与其相关的框或陈述可以以适当的其他顺序执行。例如，所描述的框或陈述可以以不同于具体公开的顺序执行，或者多个框或陈述可以在单个框或状态中组合。实例框或陈述可以串行、并行或以某种其他方式执行。可以向所公开的实例方面添加或从其中移除框或陈述。本文描述的实例系统和组件可以与所描述的不同地配置。例如，与所公开的实例方面相比，可以添加、移除或重新布置要素。
还应当理解，各种项目被图解为在使用时存储在存储器中或在存储中，并且这些项目或其部分可以在存储器和其他存储设备之间传输，目的是存储器管理和数据完整性。可选地，在其他方面，一些或所有软件模块和/或系统可以在另一设备上的存储器中执行，并且经由计算机间通讯与所图解的计算系统通讯。此外，在一些方面，一些或所有系统和/或模块可以以其他方式实施或提供，例如至少部分地以固件和/或硬件，包括但不限于至少一个专用集成电路(ASIC)、标准集成电路、控制器(例如，通过执行适当的指令和包括微控制器和/或嵌入式控制器)、现场-可编程门阵列(FPGA)、复杂可编程逻辑设备(CPLD)等。一些或所有模块、系统和数据结构也可以存储(例如，作为软件指令或结构化数据)在计算机-可读介质上，例如硬盘、存储器、网络或要通过适当的驱动器或通过适当的连接读取的便携式媒体制品。系统、模块和数据结构还可以作为生成的数据信号(例如，作为载波或其他模拟或数字传播信号的一部分)在各种计算机-可读传输介质上——包括基于无线的媒体和有线/基于电缆的媒体——传输，并且可以采用多种形式(例如，作为单个或多路复用模拟信号的一部分，或作为多个离散数字包或帧)。这样的计算机程序产品也可以在其他方面采用其他形式。因此，可以用其他计算机系统配置来实践本公开内容。
参考图4-5中图解的和在下文描述的方法进一步详细说明本公开内容的系统的操作。
方法
图4图解了用于材料评估的实例方法400的方法流程图。在步骤402，可以将负载(例如，应力或应变)施加到材料表面。使应力或应变施加到材料表面可以包括使用诸如脉冲器的负载装置向材料表面施加力。可以以周期的方式例如至少基于性质随时间的周期施加负载。这些性质可以包括温度、压力等。性质的周期可以包括借助于温度变化或压力变化，或力的变化或位移的变化或组合的负载。可以基于不同性质的预定义负载分布来施加负载。在某些方面，材料表面可以包括热点区，并且负载可以施加至这样的热点区。
在步骤404，可以捕获材料表面的图像。图像的捕获可以与性质的周期相关联。例如，图像的捕获可以与负载性质同步。作为进一步的实例，使用数字图像相关(DIC)将图像的捕获与负载性质相关联。DIC可以包括某些图像例如灰度值数字图像和/或一系列图像的捕获和处理，这些图像可以被分析以确定当表面暴露于负载时材料表面的至少一部分的轮廓和/或位移/变形。其他数字图像和处理技术可以用于DIC。
在步骤406，可以至少基于捕获的图像确定材料表面的表面应变能密度(SSED)模型。确定表面应变能密度(SSED)模型可以包括确定材料表面的稳定应变区的滞后面积。可以使用诸如能量损耗、弹性能量的各种能量密度函数来生成SSED模型。
在步骤408，可以确定与材料表面相关联的寿命参数。寿命参数可以至少基于作为材料模型的SSED模型。例如，可以将SSED模型与已知记录的记录进行比较，以确定组件的剩余寿命。作为进一步的实例，寿命参数可以是与材料或产品的生命周期相关的任何预测磨损或故障参数。
图5图解了用于材料评估的实例方法500的方法流程图。在步骤502，至少基于性质随时间的周期而向材料表面施加应力或应变。使应力或应变施加到材料表面可以包括使用诸如脉冲器的负载装置向材料表面施加力。可以以周期的方式例如至少基于性质随时间的周期施加负载。这些性质可包括温度、压力等。性质的周期可以包括借助于温度变化或压力变化，或力的变化或位移的变化或组合的负载。可以基于不同性质的预定义负载分布来施加负载。在某些方面，材料表面可以包括热点区，并且负载可以施加至这样的热点区。
在步骤502，可以捕获材料表面的第一部分的第一图像。第一图像的捕获可以与性质的周期相关联。例如，第一图像的捕获可以与负载性质同步。作为进一步的实例，使用数字图像相关(DIC)将第一图像的捕获与负载性质相关联。DIC可以包括某些图像例如灰度值数字图像和/或一系列图像的捕获和处理，这些图像可以被分析以确定当表面暴露于负载时材料表面的至少一部分的轮廓和/或位移。其他数字图像和处理技术可以用于DIC。
在步骤502，可以捕获材料表面的第二部分的第二图像。第二图像的捕获可以与性质的周期相关联。例如，第二图像的捕获可以与负载性质同步。作为进一步的实例，使用数字图像相关(DIC)将第二图像的捕获与负载性质相关联。DIC可以包括某些图像例如灰度值数字图像和/或一系列图像的捕获和处理，这些图像可以被分析以确定当表面暴露于负载时材料表面的至少一部分的轮廓和/或位移/变形。其他数字图像和处理技术可以用于DIC。
在步骤506，可以至少基于捕获的第一图像和第二图像确定材料表面的表面应变能密度(SSED)模型。确定表面应变能密度(SSED)模型可以包括确定材料表面的稳定应变区的滞后面积。可以使用诸如能量损耗或弹性能量的各种能量密度函数来生成SSED模型。
在步骤508，可以确定与材料表面相关联的寿命参数。寿命参数可以至少基于作为材料模型的SSED模型。例如，可以将SSED模型与已知记录的记录进行比较，以确定组件的剩余寿命。
图6图解了用于材料评估的实例方法600的方法流程图。在步骤602，可以配置评估系统。这种配置可以包括定位诸如要经受负载的组件或零件的应用。另外，可以定位一个或多个相机以捕获应用的图像。评估系统可以被配置为使用诸如脉冲器的负载装置将负载施加到应用的材料表面。可以以周期方式例如至少基于性质随时间的周期施加负载。这些性质可包括温度、压力等。性质的周期可以包括借助于温度变化或压力变化，或力的变化或位移的变化或组合的负载。可以基于不同性质的预定义负载分布来施加负载。在某些方面，材料表面可以包括热点区，并且负载可以施加至这样的热点区。
图像的捕获可以与性质的周期相关联。例如，在604处，图像的捕获可以与负载性质同步。作为进一步的实例，使用数字图像相关(DIC)将图像的捕获与负载性质相关联。DIC可以包括某些图像例如灰度值数字图像和/或一系列图像的捕获和处理，这些图像可以被分析以确定当表面暴露于负载时材料表面的至少一部分的轮廓和/或位移/变形。其他数字图像和处理技术可以用于DIC。
在606处，进行稳定渐近应变区的确定，并且可以在608处分析来自图像系列的同步表面应力-应变场以确定稳定应变率。例如，负载的组件可以立即展示取决于负载幅度和测试条件的视觉弹性或塑性变形。在故障之前，由于固有的材料变形，组件可能表现出变形的波动。为了避免负载的初始和最终阶段，必须选择稳态测试区来处理图像。如果未达到稳定的稳态应变区，则该方法可以继续到步骤608，以从处理的图像评估稳定的应变速率(应变动力学)。残余应变可用作累积粘塑性应变的指标。如果累积应变稳定，则产生同步应力-应变的滞后。如果累积应变不稳定，则在604重复周期/时间，直到应变速率稳定。
在610处，可以确定负载是否是周期的。作为实例，经受周期负载的组件/零件可以表现出以下渐近周期状态之一：弹性安定(shakedown)、塑性安定或棘轮效应。纯粹的棘轮效应特别相对容易地和早期导致故障。如果负载是周期的，则可以在612处识别稳定的周期效应(例如，阻尼、刚度等)。例如，可以根据B.J.Lazan,结构力学中的材料和构件的阻尼(Damping of materials and members in structural mechanics)，纽约：Pergamonpress，1968，其公开内容通过引用整体并入本文，通过研究周期阻尼因子来分析周期效应的存在。作为进一步的实例，周期阻尼(Λ)定义为耗散能量与等效弹性负载期间存储的能量之比：
其中ΔWSL是耗散能量损耗和ΔWSE是弹性变形能量。
在614处，可以在数据点中区分低周期疲劳(LCF)和高周期疲劳(HCF)。例如，可以基于以下原理分析表面应力对应变：在低周疲劳(LCF)下，耗散更高的表面机械能损耗。例如，对于相同的应力幅度，在较高温度下，损耗的回路(loop)能量变得更高。因此，存储的材料能量被作为滞后的回路区域(图10A-10B)。测试期间存储的材料能量或损耗能量可表示为ΔWSL。在高周期疲劳(HCF)下，较低的表面能量损耗将是最小的。计算损耗能量将是不可能的。因此，计算变形能量并且随后将其用作疲劳模型的损伤参数(DP)，如图10A-10B所图解。该参数表示为表面弹性变形能量ΔWSE。作为进一步的实例，表面应变能密度(SSED)基于LCF或HCF在变形能量和损耗能量之间变化。
在616处，可以确定材料的SSED模型。作为实例，可以通过计算稳定应变区上的滞后面积来确定SSED模型。在618处，可以将来自SSED模型的SSED值与数据库中的记录或值进行比较。在620处，可以至少基于SSED值与存储信息的比较分析来确定零件/组件的寿命。可以使用用于分析SSED模型和值的其他技术，包括启发式和机器学习。
实施例
所公开的系统和方法包括至少以下实施例。
实施例1：用于材料寿命评估的方法，该方法包括：至少基于性质随时间的周期，使应力或应变施加到材料表面；使得材料表面的图像被捕获，其中图像的捕获与性质周期相关联；并且至少基于所捕获的图像确定材料表面的表面应变能密度(SSED)模型。
实施例2：用于材料寿命评估的方法，该方法基本上由以下组成：至少基于性质随时间的周期，使应力或应变施加到材料表面；使得材料表面的图像被捕获，其中图像的捕获与性质周期相关联；并且至少基于所捕获的图像确定材料表面的表面应变能密度(SSED)模型。
实施例3：用于材料寿命评估的方法，该方法由以下组成：至少基于性质随时间的周期，使应力或应变施加到材料表面；使得材料表面的图像被捕获，其中图像的捕获与性质周期相关联；并且至少基于所捕获的图像确定材料表面的表面应变能密度(SSED)模型。
实施例4：实施例1-3中任一项的方法，进一步包括至少基于SSED模型作为材料模型确定与材料表面相关联的寿命参数。
实施例5：实施例1-4中任一项的方法，其中使应力或应变施加到材料表面包括使用负载装置向材料表面施加力。
实施例6：实施例1-5中任一项的方法，其中性质周期包括通过温度变化、压力变化、机械力变化、位移变化或其组合产生的负载。
实施例7：实施例1-6中任一项的方法，其中材料表面包含对故障关键的热点区。
实施例8：实施例1-7中任一项的方法，其中图像的捕获与性质的周期同步。
实施例9：实施例1-8中任一项的方法，其中使用数字图像相关(DIC)将图像的捕获与性质的周期相关联。
实施例10：实施例1-9中任一项的方法，其中使应力或应变施加到材料表面使用负载装置实施。
实施例11：实施例1-10中任一项的方法，其中使材料表面的图像被捕获包括使得捕获材料表面的一系列图像。
实施例12：实施例1-11中任一项的方法，其中确定表面应变能密度(SSED)模型包括确定材料表面的稳定应变区的滞后面积。
实施例13：一种用于材料评估的系统，该系统包括：负载发生器，其被配置为至少基于性质随时间的周期将应力或应变施加到材料表面；传感器，其被配置为捕获材料表面的图像，其中图像的捕获与性质的周期相关联；和处理器，其被配置为至少基于捕获的图像确定材料表面的表面应变能密度(SSED)模型。
实施例14：一种用于材料评估的系统，该系统基本上由以下组成：负载发生器，其被配置为至少基于性质随时间的周期将应力或应变施加到材料表面；传感器，其被配置为捕获材料表面的图像，其中图像的捕获与性质周期相关联；和处理器，其被配置为至少基于捕获的图像确定材料表面的表面应变能密度(SSED)模型。
实施例15：一种用于材料评估的系统，该系统由以下组成：负载发生器，其被配置为至少基于性质随时间的周期将应力或应变施加到材料表面；传感器，其被配置为捕获材料表面的图像，其中图像的捕获与性质周期相关联；和处理器，其被配置为至少基于捕获的图像确定材料表面的表面应变能密度(SSED)模型。
实施例16：实施例13-15中任一项的系统，其中，处理器进一步被配置为至少基于SSED模型确定与材料表面相关联的寿命参数。
实施例17：实施例13-16中任一项的系统，其中负载发生器使用任何负载装置将应力或应变施加到材料表面。
实施例18：实施例13-17中任一项的系统，其中性质周期包括通过温度变化、压力变化、机械力变化、位移变化或其组合产生的负载。
实施例19：实施例13-18中任一项的系统，其中材料表面包含热点区。
实施例20：实施例13-19中任一项的系统，其中图像的捕获与性质周期同步。
实施例21：实施例13-20中任一项的系统，其中使用数字图像相关(DIC)将图像的捕获与性质周期相关联。
实施例22：实施例13-21中任一项的系统，其中力发生器包括负载装置。
实施例23：一种用于材料评估的方法，该方法包括：至少基于性质随时间的周期，将应力或应变施加到材料表面；使得材料表面的第一部分的第一图像被捕获，其中第一图像的捕获与性质周期相关联；使得材料表面的第二部分的第二图像被捕获，其中第二图像的捕获与性质周期相关联；并且至少基于捕获的第一图像和捕获的第二图像确定材料表面的表面应变能密度(SSED)模型。
实施例24：一种用于材料评估的方法，该方法基本上由以下组成：至少基于性质随时间的周期，将应力或应变施加到材料表面；使得材料表面的第一部分的第一图像被捕获，其中第一图像的捕获与性质周期相关联；使得材料表面的第二部分的第二图像被捕获，其中第二图像的捕获与性质周期相关联；并且至少基于捕获的第一图像和捕获的第二图像确定材料表面的表面应变能密度(SSED)模型。
实施例25：一种用于材料评估的方法，该方法由以下组成：至少基于性质随时间的周期，将应力或应变施加到材料表面；使得材料表面的第一部分的第一图像被捕获，其中第一图像的捕获与性质周期相关联；使得材料表面的第二部分的第二图像被捕获，其中第二图像的捕获与性质周期相关联；并且至少基于捕获的第一图像和捕获的第二图像确定材料表面的表面应变能密度(SSED)模型。
实施例26：实施例23-25中任一项的方法，进一步包括至少基于SSED模型确定与材料表面相关联的寿命参数。
实施例27：实施例23-26中任一项的方法，其中将应力或应变施加到材料表面包括使用加压流体向材料表面施加力。
实施例28：实施例23-27中任一项的方法，其中性质周期包括通过温度变化、压力变化、机械力变化、位移变化或其组合产生的负载。
实施例29：实施例23-28中任一项的方法，其中材料表面包含对故障关键的热点区。
实施例30：实施例23-29中任一项的方法，其中第一图像和第二图像中的一个或多个的捕获与性质周期同步。
实施例31：实施例23-30中任一项的方法，其中使用数字图像相关(DIC)将第一图像和第二图像中的一个或多个的捕获与性质周期相关联。
实施例32：实施例23-31中任一项的方法，其中材料表面形成组件原型的一部分。
本文公开了本公开内容的详细方面；应当理解，所公开的方面仅仅是可以以各种形式体现的本公开内容的实例。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为教导本领域技术人员使用本公开内容的基础。以下具体实例将使得本公开内容能够更好地理解。但是，它们仅仅是以指导的方式给出，并不意味着任何限制。
实验方案
作为非限制性的说明性实例，选择SABIC NorylTM FE1630PW树脂(用30％短玻璃纤维增强的聚苯醚/聚苯乙烯(PPOTM/PS)共混聚合物)用于评价。该树脂具有优异的腐蚀性能、水解稳定性、耐高温性、低吸水性和良好的机械性能。使用加压缸700评估材料，例如图7中所图解。
可以使用数字图像相关(DIC)系统来执行可以用于下游SSED计算的全场应变测量。实验在波动的压力设置中进行，压力设置为压力(0.5bar至30bar)，R-比率[R＝σmin/σmax](0.1、0.2和0.5)，温度(30℃、90℃)，有/无焊接线和恒定频率为1赫兹(Hz)。
疲劳评估
通过在周期负载期间测量表面上的主要应变来执行疲劳评估区。主要用于评估疲劳的区取决于对热点或易受故障影响的区的理解。这些区可随每次应用而变化，并且定位特定区或表面以进行分析可能变得困难，因为这些区或表面通常具有多于一个曲率的复杂形状。在空心圆柱体的实例中，这种应力可以是基本上均匀的并且可以在任何区上进行评估。在复杂零件设计的情况下，可以使用本领域已知的各向异性建模模拟来识别热点。利用各向异性建模可以包括通过过程建模(through process modeling)(TPM)，其建立SFRP材料的加工-形态-性质关系。TPM工艺结合了纤维取向对数值计算的影响。如果评估区对于寿命预测是未知的，则可以使用TPM来识别临界区。
基于如图8A中观察到的均匀应变矢量和分布的位置来选择非-焊接线区。对于焊接线样品，评估区基于如图8B所示的焊接线800的位置。沿着寿命监测样本的应变演变直至故障。从如图9-10A和图10B所示的特定对数间隔下触发的数字碰撞相关DIC系统记录应变演变。对于实例材料，尽管绝对应变值改变，但是应变幅度显示出几乎恒定的应变幅度Δε。然而，这表明在应变演变中没有观察到周期软化/硬化(softening/hardening)效应。这给出了使用恒定应变幅度Δε作为材料疲劳计算的损伤参数的主要证据。
通常，观察到滞后回线在几个周期(少于10个周期)后是稳定的。例如，当机械响应的可变部分达到稳态时，滞后面积等于每个周期的耗散能量密度。以相同的方式，残余应变(累积的粘塑性应变的指标)也达到稳定的渐近线性演变(少于100个周期)，然后残余应变如图9所示几乎恒定。
结果和讨论
如本文所述，材料测试和基于SED的疲劳建模的数学建模可用于各种材料的脆性/延性域断裂中的寿命预测。参考图10中所示的表面应力-应变曲线，可以通过找到曲线下面积来计算由于变形而由样品吸收的能量。如所示，应变能密度ΔW可定义为：
ΔW＝∫σdε (1)
其中σ是施加的应力(MPa)和ε是测量的应变(％)。如果假设这是完全线性和弹性的，则应力-应变曲线是直线。在这样的实验中，观察到非线性弹性变形。塑性应变能密度ΔW可以解释为描述材料可以吸收多少机械能的损伤参数。从图10A-B还可以建立应变能和应力-应变幅度之间的关系，
ΔW＝f(Δ∈×Δσ) (2)
在ΔW和(Δ∈×Δσ)之间的该因子值可取决于材料特性。研究了单幂次定律(Morrow能量模型)。该模型根据应变能密度(ΔW)预测疲劳寿命(Nf)，如下所示；
Nf m(ΔW)＝C (3)
其中m是疲劳指数，和C是材料延展性系数。Morrow模型是单幂次定律，其可以直接用于根据图10A、10B和11，通过取Δ∈×Δσ的滞后面积(能量损耗)在log(Nf)和log(Δ∈×Δσ)之间建立线性关系。如图10A-B所示，对于所有可变参数，这是通过单独观察疲劳模型上的散射来完成的。由于应变能密度值是从完整的表面场获得的，因此表示为SSEDΔWs。
选择无焊接线(例如，顶部浇口)的样本用于实验矩阵。分别分析了温度和不同R-比实验对无焊接线样品的影响。如图12A-B所示，不管负载的类型如何，斜率(m)似乎没有单独的偏移，这可能是由于材料响应和SSED模型根据参数改变恒定体积的表面应力-应变场。在某些方面，经受周期负载的结构可以呈现以下渐近状态之一(稳态)：弹性安定、塑性安定或棘轮效应。纯粹的棘轮效应特别相对容易地和早期导致故障。这些机械量控制疲劳寿命(例如达到稳态所需的周期次数)。发现它们对于所有实验都是最小的，并且材料的应变响应与整个寿命相比较较早地达到稳态。机械量的这种稳态是SED模型被发现更适合这些应用的长期评估的原因之一。
还使用具有焊接线(即，侧面浇口)的样本。实验不是针对所有负载情况进行的，而是针对保持温度和R-比恒定的不同的压力水平。应变幅度(Δ∈)在焊接线处和没有焊接线区二者上进行局部分析。在图11中可以看到对焊接线的清楚的局部刚度效应。沿着焊接线的纤维取向揭露出与非焊接线区相比更高的变形。
对于疲劳评估，使用在焊接线上观察到的局部表面应变。这是因为所有样品都在焊接线区故障的事实，而这恰好是使用DIC系统测量应变场的地方。故障主要是来自焊接线的针点型/脆性故障。
一旦在(Δ∈×Δσ)和故障周期Nf之间分析模型(图12A和12B)，现在可以根据等式(2)利用材料常数因子计算表面应变能密度ΔWs或者表面应变能密度ΔWs直接地来自如图9-10中的面积计算。这两种情况都经过验证和详细研究，这是本文的重点。从直接滞后面积计算发现在(Δ∈×Δσ)和ΔWs之间建立1/10因子。在面积计算之前，应该进行LCF和HCF的区分，现在可以将(ΔWSE或ΔWSL)视为一个单独的术语ΔWS。来自面积计算ΔWs的完整详细的疲劳模型可以在图13A和13B中看到。
基于应变能密度的这些疲劳模型也可以导入有限元(FE)软件以进行数值计算。与使用疲劳分析软件的损伤累积理论一起，也可以虚拟地预测寿命。
对来自所有实验的观察数据点进行线性回归分析。如图13A所示，从回归分析基于Morrow模型的单幂次定律。该单一模型伴随着实验的所有可变参数，R-平方值达到0.93。研究了基于改进的ΔW-Nf的双幂次定律，以引入图13B中区I和II的可能的斜率偏移效应。在加压管道领域，过去已经努力了解具有不同故障过程的不同区。双幂次定律的R平方值约为0.97。
表1.根据等式(3)的疲劳模型参数
m C[兆帕MPa]
单幂次定律 M＝0.6 4.47
双幂次定律(I&II) m<sub>1</sub>＝0.37；m<sub>2</sub>＝0.9 C<sub>1</sub>＝2.33；C<sub>2</sub>＝8.41
只要诸如周期硬化/软化的周期效应最小，上述方法仍然有效。在周期效应较高的情况下，应变幅度值将导致较高的散射。使用SSED的另一个限制是该方法基于外表面上的应变测量；因此厚壁应用需要假设厚度上的恒定变形。
讨论了一种基于数字图像相关(DIC)的疲劳评估的新型加速测试技术。疲劳模型揭示出与故障时间的线性关系。因此，在此基础上建立了广义模型，并且所有可变参数如温度、R-比、纤维取向、压力水平被折合到单或双幂次定律上。这种快速测试技术将有助于加快应用开发过程，使行业能够相对缩短交付周期并加快产品上市速度。
尽管鼓励进一步适当的验证，该方法论也可以潜在地更普遍地转化为遇到焊接线的其他情况。通过该方法可以对疲劳模型评估成功地捕获由于焊接线效应的纤维取向引起的局部变形。在水管理应用中对元素水平进行验证的方法论现在可以更普遍地转化为具有连续纤维——如复合材料或任何其他增强方案——的结构应用。可以转化成任何聚合物、金属和陶瓷。
使用本公开内容的系统和方法，可以获得基于同步的应力-应变场的疲劳模型。无论基础测试的负载条件如何，这些疲劳模型都可以形成线性趋势。这种评估可以转换为疲劳测试——例如SN、应变寿命EN、标准拉伸疲劳等——的标准方法，从而节省相关的成本/时间/资源。
除非另外特别说明或者在使用的上下文中以其他方式理解，否则本文使用的条件语言，例如“可以(may)”、“可以(could)”、“可能(might)”、“可能(may)”、“例如”等，通常旨在表达某些方面包括，而其他方面不包括，某些特征、要素和/或步骤。因此，这种条件语言通常不旨在暗示至少一个方面以任何方式需要特征、要素和/或步骤，或者至少一个方面必须包括用于在有或没有作者输入或提示的情况下决定的逻辑，无论这些特征、要素和/或步骤是否包括在任何特定方面中或者将要以任何特定方面执行。术语“包括(comprising)”，“包括(including)”，“具有(having)”等是同义的和以开放式方式包含使用，并且不排除其他要素、特征、动作、操作等。此外，术语“或”以其包含意义使用(而不是以其排他性意义)，因此当使用时，例如，为了连接一系列要素，术语“或”表示列表中的一个、一些或全部要素。
虽然已经描述了某些实例方面，但是这些方面仅作为实例呈现，并且不旨在限制本文公开的方面的范围。因此，前面的描述中的任何内容都不旨在暗示任何特定的特征、性质、步骤、模块或框是必需的或必不可少的。实际上，本文描述的新颖方法和系统可以以各种其他形式体现；此外，在不脱离本文公开的方面的精神的情况下，可以对本文描述的方法和系统的形式进行各种省略、替换和改变。所附权利要求及其等同物旨在覆盖落入本文公开的某些方面的范围和精神内的这些形式或修改。
前面的详细描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本公开内容或本公开内容的应用和用途。所描述的方面不限于与特定类型的机器结合使用。因此，尽管为了便于解释，本公开内容描绘和描述了特定机器，但是应当理解，根据本公开内容的组件和电子系统可以以各种其他配置实施，并且可以用在其他类型的机器中。此外，无意受前述背景或详细描述中提出的任何理论的约束。还应理解，图解可包括夸大的尺寸以更好地说明所显示的参考项目，并且除非明确说明，否则不考虑限制。
应当理解，前面的描述提供了所公开的系统和技术的实例。然而，预期本公开内容的其他实施方式可以与前述实例在细节上不同。对本公开内容或其实例的所有引用旨在参考当时正在讨论的特定实例，并且不旨在更一般地暗示对本公开内容的范围的任何限制。关于某些特征的所有区分和贬低的语言旨在表示缺乏对这些特征的偏好，除非另有说明，不完全将其排除在本公开内容的范围之外。
本公开内容可以包括通讯信道，其可以是任何类型的有线或无线电子通讯网络，例如有线/无线局域网(LAN)、有线/无线个域网(PAN)、有线/无线家庭局域网(HAN)、有线/无线广域网(WAN)、校园网、城域网、企业专用网、虚拟专用网(VPN)、互联网、骨干网(BBN)、全球区域网络(GAN)、因特网、内联网、外联网、覆盖网络、蜂窝电话网络、个人通讯服务(PCS)，使用已知协议，诸如全球移动通讯系统(GSM)、CDMA(码分多址)、长期演进(LTE)、W-CDMA(宽带码分多址)、无线宽带(Wi-Fi)、蓝牙等，和/或其两种或更多种组合。
另外，本公开内容的各个方面可以在非通用计算机实施中实施。此外，本文所述的本公开内容的各个方面改进了系统的功能，如从其公开内容显而易见的。此外，本公开内容的各个方面涉及计算机硬件，其专门编程以解决本公开内容所解决的复杂问题。因此，本公开内容的各个方面在其特定实施中总体上改进了系统的功能，以执行本公开内容所阐述的并且如权利要求所限定的过程。
除非本文另有说明，否则本文中对数值范围的描述仅旨在用作单独提及落入该范围内的每个单独值的简写方法，并且每个单独的值并入本说明书中，如同其在本文中单独引用一样。除非本文另有说明或上下文明显矛盾，否则本文所述的所有方法可以以任何合适的顺序进行。

Claims (20)

1.一种用于材料寿命评估的方法，所述方法包括：
至少基于性质随时间的周期，使应力或应变施加到材料表面上；
使得所述材料表面的图像被捕获为捕获的图像，其中所述捕获的图像与性质周期相关联；和
至少基于所述捕获的图像确定所述材料表面的表面应变能密度(SSED)模型。
2.权利要求1所述的方法，进一步包括至少基于作为材料模型的SSED模型确定与材料表面相关联的寿命参数。
3.权利要求1-2中任一项所述的方法，其中使所述应力或所述应变施加到所述材料表面包括使用负载装置向所述材料表面施加力。
4.权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述性质周期包括通过温度变化、压力变化、机械力变化、位移变化或其组合产生的负载。
5.权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述材料表面包括热点区。
6.权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述捕获的图像与所述性质周期同步。
7.权利要求1-6中任一项所述的方法，其中使用数字图像相关(DIC)将所述捕获的图像与所述性质周期相关联。
8.权利要求1-7中任一项所述的方法，其中使用负载装置实施使所述应力或所述应变施加到所述材料表面。
9.权利要求1-8中任一项所述的方法，其中使所述材料表面的所述图像被捕获包括使得所述材料表面的一系列图像被捕获。
10.权利要求1-9中任一项所述的方法，其中确定所述表面应变能密度(SSED)模型包括确定所述材料表面的稳定应变区的滞后面积。
11.一种用于材料评估的系统，所述系统包括：
负载发生器，其被配置为至少基于性质随时间的周期将应力或应变施加到材料表面；
传感器，其被配置为捕获所述材料表面的图像作为捕获的图像，其中所述捕获的图像与性质周期相关联；和
处理器，其被配置为至少基于所述捕获的图像确定所述材料表面的表面应变能密度(SSED)模型。
12.权利要求11所述的系统，其中所述处理器进一步被配置为至少基于所述SSED模型确定与所述材料表面相关联的寿命参数。
13.权利要求11-12中任一项所述的系统，其中所述负载发生器使用任何负载装置向所述材料表面施加应力或应变。
14.权利要求11-13中任一项所述的系统，其中所述性质周期包括通过温度变化、压力变化、机械力变化、位移变化或其组合产生的负载。
15.权利要求11-14中任一项所述的系统，其中所述材料表面包括热点区。
16.权利要求11-15中任一项所述的系统，其中所述捕获的图像与所述性质周期同步。
17.权利要求11-16中任一项所述的系统，其中使用数字图像相关(DIC)将所述捕获的图像与所述性质周期相关联。
18.权利要求11-17中任一项所述的系统，其中所述负载发生器包括负载装置。
19.一种用于材料评估的方法，所述方法包括：
至少基于性质随时间的周期，使应力或应变施加到材料表面上；
使得所述材料表面的第一部分的第一图像被捕获为捕获的第一图像，其中所述捕获的第一图像与性质周期相关联；
使得所述材料表面的第二部分的第二图像被捕获为捕获的第二图像，其中所述捕获的第二图像与性质周期相关联；和
至少基于所述捕获的第一图像和所述捕获的第二图像确定所述材料表面的表面应变能密度(SSED)模型。
20.权利要求19所述的方法，进一步包括至少基于所述SSED模型确定与所述材料表面相关联的寿命参数。
CN201780034574.2A 2016-05-13 2017-05-11 使用数字图像相关技术的应用评估 Pending CN109313110A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662336002P 2016-05-13 2016-05-13
US62/336,002 2016-05-13
PCT/IB2017/052782 WO2017195154A2 (en) 2016-05-13 2017-05-11 Evaluation of applications using digital image correlation techniques

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109313110A true CN109313110A (zh) 2019-02-05

Family

ID=58873845

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780034574.2A Pending CN109313110A (zh) 2016-05-13 2017-05-11 使用数字图像相关技术的应用评估

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10908055B2 (zh)
EP (1) EP3455606A2 (zh)
CN (1) CN109313110A (zh)
WO (1) WO2017195154A2 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115479210A (zh) * 2021-06-14 2022-12-16 丰田自动车株式会社 压力容器的形变解析装置及压力容器的制造方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108931550A (zh) * 2018-05-22 2018-12-04 大连交通大学 异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型的构建方法
DE102018128808A1 (de) * 2018-11-16 2020-05-20 Man Truck & Bus Se Technik zur Festigkeitsanalyse
WO2020262087A1 (ja) * 2019-06-26 2020-12-30 国立研究開発法人科学技術振興機構 応力およびひずみ量分布表示方法、装置およびプログラム
TWI724897B (zh) * 2020-05-14 2021-04-11 財團法人工業技術研究院 應變量測方法及應變量測裝置
WO2023285103A1 (en) * 2021-07-16 2023-01-19 Unilever Ip Holdings B.V. Fatigue evaluation in fibre sample

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101014938A (zh) * 2003-09-22 2007-08-08 金炯胤 用于监视结构健康状态的方法
CN101558174A (zh) * 2005-09-23 2009-10-14 Uit有限责任公司 通过超声冲击改进金属性能和防止及抑制劣化的方法
CN101644646A (zh) * 2009-07-07 2010-02-10 西安交通大学 一种基于光学的断裂韧性测量方法
CN102564856A (zh) * 2012-01-09 2012-07-11 西安交通大学 基于数字图像相关的塑性多缺陷材料m积分测量方法
CN103743818A (zh) * 2014-01-23 2014-04-23 重庆大学 基于波的能流图的损伤诊断方法和实施该方法的损伤诊断系统
CN104390860A (zh) * 2014-11-27 2015-03-04 西安交通大学 含复杂缺陷材料失效参数的测定方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5606415A (en) * 1994-09-23 1997-02-25 Rockwell International Fiber optic gyro with reduced readout reflection coupling characteristics
US8050874B2 (en) 2004-06-14 2011-11-01 Papadimitriou Wanda G Autonomous remaining useful life estimation
US6874370B1 (en) * 2004-07-15 2005-04-05 Reginald I. Vachon Finite element analysis fatigue gage
US7549336B2 (en) 2005-11-17 2009-06-23 Francis Masyada Harmonic fatigue evaluation
DE102007037726B4 (de) 2007-08-09 2010-07-08 Lavision Gmbh Verfahren zur berührungslosen Messung von Verformungen einer Oberfläche eines Messobjektes
US20090116533A1 (en) 2007-11-02 2009-05-07 General Electric Company Method and apparatus for testing and evaluating machine components under simulated in-situ thermal operating conditions
DE102009021233A1 (de) * 2009-05-14 2010-11-18 Siemens Aktiengesellschaft Erfassung von Wärmebildern eines Objekts
DE102009049388A1 (de) 2009-10-14 2011-04-21 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Konzept zur zerstörungsfreien 3D-Untersuchung eines Prüfkörpers mittels Computertomographie
US20110106459A1 (en) * 2009-10-29 2011-05-05 Northrop Grumman Corporation In-situ optical crack measurement using a dot pattern
CN101776645B (zh) 2010-01-06 2012-05-02 湘潭大学 一种带热障涂层的叶片热疲劳失效的模拟测试方法
CA2843892C (en) 2011-08-02 2019-08-27 The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy System and method for remote full field three-dimensional displacement and strain measurements
US9603554B2 (en) * 2012-02-03 2017-03-28 The Arizona Board Of Regents Systems, methods, and media for monitoring the condition of a patient's heart
WO2013158933A1 (en) 2012-04-18 2013-10-24 Drexel University Integration of digital image correlation with acoustic emissions
US11455737B2 (en) 2012-12-06 2022-09-27 The Boeing Company Multiple-scale digital image correlation pattern and measurement
US20160270671A1 (en) * 2015-03-17 2016-09-22 Empire Technology Development Llc Sensor regime selection and implementation
JP2016177393A (ja) * 2015-03-19 2016-10-06 カシオ計算機株式会社 情報処理装置、顔認識方法、及びプログラム

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101014938A (zh) * 2003-09-22 2007-08-08 金炯胤 用于监视结构健康状态的方法
CN101558174A (zh) * 2005-09-23 2009-10-14 Uit有限责任公司 通过超声冲击改进金属性能和防止及抑制劣化的方法
CN101644646A (zh) * 2009-07-07 2010-02-10 西安交通大学 一种基于光学的断裂韧性测量方法
CN102564856A (zh) * 2012-01-09 2012-07-11 西安交通大学 基于数字图像相关的塑性多缺陷材料m积分测量方法
CN103743818A (zh) * 2014-01-23 2014-04-23 重庆大学 基于波的能流图的损伤诊断方法和实施该方法的损伤诊断系统
CN104390860A (zh) * 2014-11-27 2015-03-04 西安交通大学 含复杂缺陷材料失效参数的测定方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GANG TAO 等: "Biaxial fatigue behavior of an epoxy polymer with mean stress effect", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF FATIGUE》 *
GANG TAO 等: "Ratcheting behavior of an epoxy polymer and its effect on fatigue life", 《POLYMER TESTING》 *
GANG TAO, ZIHUI XIA: "Mean stress/strain effect on fatigue behavior of an epoxy resin", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF FATIGUE》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115479210A (zh) * 2021-06-14 2022-12-16 丰田自动车株式会社 压力容器的形变解析装置及压力容器的制造方法
CN115479210B (zh) * 2021-06-14 2024-04-05 丰田自动车株式会社 压力容器的形变解析装置及压力容器的制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US10908055B2 (en) 2021-02-02
US20200209126A1 (en) 2020-07-02
EP3455606A2 (en) 2019-03-20
WO2017195154A2 (en) 2017-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109313110A (zh) 使用数字图像相关技术的应用评估
Brünig et al. Damage and failure at negative stress triaxialities: Experiments, modeling and numerical simulations
Brünig et al. Micro-mechanical studies on the effect of the stress triaxiality and the Lode parameter on ductile damage
Zhang et al. Multi-cracks identification method for cantilever beam structure with variable cross-sections based on measured natural frequency changes
Pietryga et al. A finite deformation model for evolving flow anisotropy with distortional hardening including experimental validation
Keprate et al. Using gradient boosting regressor to predict stress intensity factor of a crack propagating in small bore piping
Nouri Shirazi et al. Structural damage identification using an adaptive multi-stage optimization method based on a modified particle swarm algorithm
EA201891111A1 (ru) Способ и система удаленного мониторинга объектов
JP7390138B2 (ja) 情報処理装置、情報処理方法、および情報処理プログラム
Bhamare et al. A multi-temporal scale approach to high cycle fatigue simulation
Sun A new stress field intensity model and its application in component high cycle fatigue research
Rasouli et al. A Two‐Stage Method for Structural Damage Prognosis in Shear Frames Based on Story Displacement Index and Modal Residual Force
Zhang et al. Investigation of the influence of small hole on the fatigue crack growth path
Franulović et al. Automation of LCF material model parameters’ identification
Chang et al. A fatigue crack growth model for interacting cracks in a plate of arbitrary thickness
CN112836433B (zh) 高温合金晶粒尺寸识别模型的构建方法及尺寸识别方法
Le et al. Structural damage localization in plates using global and local modal strain energy method
Evans A new statistical framework for the determination of safe creep life using the theta projection technique
JP7343788B2 (ja) 熱処理シミュレーション方法、熱処理シミュレーション装置、及びプログラム
Stamoulis et al. A study of size effects and length scales in fracture and fatigue of metals by second gradient modelling
Roy et al. A stochastic model for evolution of creep damage in engineering materials
Chen et al. Parameter identification of elastoplastic model for CuCrZr alloy by the neural network‐aided Bayesian inference
Novak et al. Acceleration techniques for the numerical simulation of the cyclic plasticity behaviour of mechanical components under thermal loads
Tasdemir et al. Data-Driven Material Models for Engineering Materials Subjected to Arbitrary Loading Paths: Influence of the Dimension of the Dataset
Xiao et al. Modeling material flow behavior during hot deformation based on metamodeling methods

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20210430

Address after: Bergen Op Zoom Holland

Applicant after: High tech special engineering plastics Global Technology Co.,Ltd.

Address before: Holland, Bergen Op Zoom

Applicant before: SABIC GLOBAL TECHNOLOGIES B.V.

TA01 Transfer of patent application right
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190205

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication