CN113533074A - 材料高温疲劳门槛值测定系统及裂纹长度高精度标定方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种材料高温疲劳门槛值测定系统及裂纹长度高精度标定方法，涉及材料高温疲劳性能检测技术领域。本申请提供的材料高温疲劳门槛值的系统由电位法测试单元和图像测试单元组成，电位法测试单元包括高频疲劳试验机、高温夹具、高温炉、温控仪、控制柜，以及依次电连接的交流电源、裂纹扩展试样、放大器、滤波器和控制装置；图像测试单元包括高速摄像机，光源和DIC图像分析软件，所述标定方法为所述电位法测试回路获取第一裂纹长度，所述图像测试回路获取第二裂纹长度，所述控制装置根据所述第一裂纹长度和第二裂纹长度的相对误差值调整所述交流电源输出的电流参数。本申请用于快速精确的测定合金材料的高温疲劳裂纹扩展门槛值。

Description

材料高温疲劳门槛值测定系统及裂纹长度高精度标定方法

技术领域

本申请涉及材料高温疲劳性能检测技术领域，尤其涉及一种材料高温疲劳门槛值测定系统及裂纹长度高精度标定方法。

背景技术

疲劳裂纹扩展门槛值能够反映材料抗裂纹扩展的能力，是高端装备结构强度设计重要的材料性能指标。超超临界核电汽轮机及航空发动机关键部件材料的服役状态经常是高温疲劳，所以材料(通常指的是合金材料)的高温裂纹扩展门槛值成为其设计必不可少的数据。其中，高温疲劳裂纹扩展门槛值测试的关键是一方面需要均匀温度场，另一方面要保证疲劳裂纹长度的精确测量。

由于该试验时间很长(上百小时)，受高温热辐射、材料氧化等的作用，高温环境下裂纹长度的测量也非常困难。为了节约时间和测试成本，高温疲劳裂纹扩展门槛值测试需考虑在高频疲劳试验机上完成。

现有技术通过直流电位法可以推导出疲劳裂纹扩展时电位差与裂纹长度之间的函数公式，因此可以将待测试样两端的电位差作为表征裂纹位置于尺寸参数的函数，用于计算疲劳裂纹扩展速率，从而获得疲劳裂纹扩展门槛值。然而，直流电位法一般需要加上较大电流，会造成待测试样发热明显，其只能断续通电使用，并且测量误差大。需考虑用交流电位法测试技术来提高测试精度。

现有高温疲劳裂纹扩展电位法测试技术缺乏精确可靠的标定方法，无法获得可靠的测试数据，为了提高测试系统的可靠性，需要开发一套行之有效的标定方法。

发明内容

本申请实施例提供的材料高温疲劳门槛值测定系统及裂纹长度高精度标定方法，用于解决合金材料的高温疲劳裂纹扩展门槛值无法精确快速测量的难题。

为达上述目的，本申请提供的测定金属疲劳裂纹扩展门槛值的系统包括高频疲劳试验机、电位法分析子系统、图像分析子系统和控制装置，所述控制装置包括电位法分析单元、图像处理单元、计算单元和控制单元，其中，所述高频疲劳试验机包括主机和控制柜，所述主机上安装有高温夹具、高温炉、温控仪和裂纹扩展试样，所述高温炉上设有观察窗，所述裂纹扩展试样与所述高温夹具连接、且位于所述高温炉内并与所述观察窗相对；所述电位法分析子系统包括连接在所述裂纹扩展试样第一端的交流电源、连接在所述裂纹扩展试样第二端的放大器，以及依次连接在所述放大器的输出端的滤波器和所述电位法分析单元，所述电位法分析单元能够根据所述滤波器输出的电源信号计算得到第一裂纹长度；所述图像分析子系统包括图像采集装置、与所述图像装置信号连接的图像处理单元，所述图像采集装置通过所述观察窗采集所述裂纹扩展试样上的裂纹长度信息，所述图像处理单元根据所述裂纹长度信息计算得到第二裂纹长度；所述计算单元根据所述第一裂纹长度和所述第二裂纹长度，计算得到所述第一裂纹长度和所述第二裂纹长度的相对误差值，所述控制模块根据所述相对误差值调整所述交流电源输出的电流参数。

相较于现有技术，本申请的技术方案在具体使用时，待安装好裂纹扩展试样后，打开交流电源，电流依次流经裂纹扩展试样、放大器和滤波器，电位法分析单元根据滤波器输出的电源信号(即裂纹扩展试样中裂纹面两端的电位差)，计算得到第二裂纹长度。此时，图像采集装置通过高温炉上的观察窗采集到裂纹扩展试样中的裂纹长度信息，图像处理单元根据该裂纹长度信息计算得到第二裂纹长度；随后计算模块计算得到第一裂纹长度和第二裂纹长度的相对误差值，该相对误差值即表明了电位法分析子系统的测量误差，紧接着控制模块根据相对误差值调整交流电源输出的电流参数，使得滤波器输出的电源信号得到调整，进而使得第二裂纹长度得到调整，直至第一裂纹长度和第二裂纹长度的相对误差值落入到预设的预设误差值的范围内，即表明此时电位法分析子系统得到的第一裂纹长度较为精准，从而解决了裂纹扩展试样的疲劳裂纹长度的测量精度低的问题。

此外，由于标定后的电位法分析子系统得到的第一裂纹长度较为精准，因此在对上述测定金属高温疲劳裂纹扩展门槛值的系统进行标定之后，上述图像分析子系统不工作，采用所述电位法分析子系统对裂纹扩展试样上的裂纹进行实时监测。

在本申请的一些实施例中，所述控制装置还包括显示单元，显示单元用于接收所述第一裂纹长度，并根据所述第一裂纹长度输出并显示相应的图表。

在本申请的一些实施例中，所述高温夹具的表面均涂敷有耐高温、耐磨损的复合材料涂层。

在本申请的一些实施例中，测定金属疲劳裂纹扩展门槛值的系统还包括支架，所述支架安装在所述主机的横梁上，所述高温炉放置在所述支架上，所述支架的高度能够进行调节。

在本申请的一些实施例中，所述观察窗由石英玻璃材料制成。

在本申请的一些实施例中，测定金属疲劳裂纹扩展门槛值的系统还包括：温度检测元件，设置在所述裂纹扩展试样上，所述温度检测元件用于检测所述裂纹扩展试样的温度，所述温度检测元件与所述温控仪信号连接。

在本申请的一些实施例中，所述图像采集装置包括：高速摄像机，所述高速摄像机和所述图像处理单元电连接；多个蓝色光源；三角架，所述高速摄像机和多个所述蓝色光源均安装在所述三角架上，多个所述蓝色光源发射的光线均照射至所述裂纹扩展试样上，所述三角架上设有高度调节部，用于调整所述高速摄像机的高度。

在本申请的一些实施例中，测定金属疲劳裂纹扩展门槛值的系统还包括：输入导线，用于连接所述交流电源和所述裂纹扩展试样的第一端；输出导线，用于连接所述裂纹扩展试样的第二端与所述放大器；其中，所述输入导线和所述输出导线的外表面上均包裹有石棉套。

另一方面，本申请还提供了一种裂纹长度高精度标定方法，应用于上述材料高温疲劳门槛值测定系统，所述标定方法包括标定步骤，所述标定步骤具体包括：S100：连接交流电源至所述裂纹扩展试样的第一端，在所述裂纹扩展试样的第二端依次连接放大器、滤波器，随后连接所述裂纹扩展试样与高温夹具；S101：控制温控仪和温度检测元件均打开，随后检测所述裂纹扩展试样的温度值，待所述温度检测元件检测到的温度值达到预设温度值时，控制高温炉保温预设时间；S102：控制所述交流电源、所述放大器和所述滤波器均打开，获取所述滤波器输出的电源信号，根据所述电源信号计算得到第一裂纹长度；S103：控制图像采集装置开启并采集所述裂纹扩展试样的裂纹长度信息，根据所述裂纹长度信息计算得到第二裂纹长度；S104：计算所述第一裂纹长度和所述第二裂纹长度的相对误差值，并根据所述相对误差值调整所述交流电源输出的电流参数。

本申请提供的标定步骤中首先在裂纹扩展试样的第一端连接交流电源，在裂纹扩展试样的第二端依次连接放大器、滤波器，随后将裂纹扩展试样连接至高温夹具上；再控制温控仪和温度检测元件均打开，此时温控仪打开对裂纹扩展试样进行加热，温度检测元件检测所述裂纹扩展试样的温度值，待裂纹扩展试样加热到预设温度后，进入保温模式，使得裂纹扩展试样的受热较为均匀，随后控制器控制所述交流电源、所述放大器和所述滤波器均打开，获取所述滤波器输出的电源信号，并根据所述电源信号计算得到第一裂纹长度；与此同时，控制图像采集装置开启并采集所述裂纹扩展试样的裂纹长度信息，根据所述裂纹长度信息计算得到第二裂纹长度。最后，计算所述第一裂纹长度和所述第二裂纹长度的相对误差值，该误差值即表明了电位法分析单元的测量误差，紧接着根据上述相对误差值调整交流电源输出的电流参数，使得滤波器输出的电源信号得到调整，进而使得第一裂纹长度得到调整，由此校准了电位法分析模块的测量精度，使得通过校准后的电位法分析模块中的滤波器输出的电源信号较为准确，从而解决了裂纹扩展试样的疲劳裂纹长度的测量精度低的问题。

在本申请的一些实施例中，在所述标定步骤之后还包括检测步骤，所述检测步骤包括以下步骤：S201：拆除所述裂纹扩展试样；S202：连接交流电源至待检试样的第一端，在所述待检试样的第二端依次连接所述放大器、所述滤波器和所述控制装置，随后连接所述待检试样与所述高温夹具；S203：控制所述温控仪和所述温度检测元件均打开，待所述温度检测元件检测到的温度值达到预设温度值时，控制所述高温炉保温所述预设时间；S204：控制所述交流电源、所述放大器和所述滤波器均打开，获取所述滤波器输出的电源信号，根据所述电源信号计算得到第一裂纹长度；S205：控制显示单元开启。

附图说明

图1为本申请实施例中材料高温疲劳门槛值测定系统的连接关系结构示意图；

图2为本申请实施例中电位法分析子系统的电路连接结构示意图；

图3为本申请实施例中图像分析子系统的立体结构示意图。

本申请说明书附图中的主要附图标记说明如下：

1-高频疲劳试验机；11-上夹持部；12-下夹持部；13-高温炉；14-温控仪；15-控制柜；16-第一计算机；20-裂纹扩展试样；30-交流电源；31-放大器；32-滤波器；33-第二计算机；40-安装架；41-蓝色光源。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

参照图1～图3，本申请提供的材料高温疲劳门槛值测定系统包括高频疲劳试验机1、电位法分析子系统、图像分析子系统和控制装置，所述控制装置包括电位法分析单元、图像处理单元、计算单元和控制单元，其中，所述高频疲劳试验机1包括主机和控制柜15，所述主机上安装有高温夹具、高温炉13、温控仪14和裂纹扩展试样20，所述高温炉13上设有观察窗，所述裂纹扩展试样20与所述高温夹具连接、且位于所述高温炉13内并与所述观察窗相对；所述电位法分析子系统包括连接在所述裂纹扩展试样20第一端的交流电源30、连接在所述裂纹扩展试样20第二端的放大器31，以及依次连接在所述放大器31的输出端的滤波器32和所述电位法分析单元，所述电位法分析单元能够根据所述滤波器32输出的电源信号计算得到第一裂纹长度；所述图像分析子系统包括图像采集装置、与所述图像装置信号连接的图像处理单元，所述图像采集装置通过所述观察窗采集所述裂纹扩展试样上的裂纹长度信息，所述图像处理单元根据所述裂纹长度信息计算得到第二裂纹长度；所述计算单元根据所述第一裂纹长度和所述第二裂纹长度，计算得到所述第一裂纹长度和所述第二裂纹长度的相对误差值，所述控制模块根据所述相对误差值调整所述交流电源输出的电流参数。

相较于现有技术，本申请的技术方案在具体使用时，待安装好裂纹扩展试样20后，打开交流电源30，电流依次流经裂纹扩展试样20、放大器31和滤波器32，电位法分析单元根据滤波器32输出的电源信号(即裂纹扩展试样中裂纹面两端的电位差)，计算得到第二裂纹长度。此时，图像采集装置通过高温炉13上的观察窗采集到裂纹扩展试样20中的裂纹长度信息，图像处理单元根据该裂纹长度信息计算得到第二裂纹长度；随后计算模块计算得到第一裂纹长度和第二裂纹长度的相对误差值，该相对误差值即表明了电位法分析子系统的测量误差，紧接着控制模块根据相对误差值调整交流电源30输出的电流参数，使得滤波器32输出的电源信号得到调整，进而使得第二裂纹长度得到调整，直至第一裂纹长度和第二裂纹长度的相对误差值落入到预设的预设误差值的范围内，即表明此时电位法分析子系统得到的第一裂纹长度较为精准，从而解决了裂纹扩展试样20的疲劳裂纹长度的测量精度低的问题。

此外，由于标定后的电位法分析子系统得到的第一裂纹长度较为精准，因此在对上述测定金属高温疲劳裂纹扩展门槛值的系统进行标定之后，上述图像分析子系统不工作，采用所述电位法分析子系统对裂纹扩展试样20上的裂纹进行实时监测。

需要说明的是：其一，上述电位法分析单元中预先设定有以Johnson推导的电位变化与疲劳裂纹扩展参数之间的函数，并以该函数为基础计算得到第一裂纹长度。

其二，上述图像处理单元为DIC图像分析软件。

其三，裂纹扩展试样20上形成有预制裂纹，上述图像采集装置采集的是裂纹扩展试样20上的预制裂纹。

由于电位法分析单元得到的第一裂纹长度为多个裂纹长度数值，为了便于观察裂纹扩展试样20的裂纹长度的变化趋势，所述控制装置还包括显示单元，所述显示单元用于接收所述第二裂纹长度，并根据所述第二裂纹长度输出并显示相应的图表。

其中，将上述电位法分析单元和显示单元信号连接，显示单元基于LabVIEW平台，即LabVIEW软件用于接收所述第一裂纹长度，并根据所述第一裂纹长度输出并显示相应的图表，例如，柱状图或曲线图，便于用户直观的了解裂纹扩展试样20的裂纹长度变化趋势。

可以理解的是，上述高温夹具包括上夹持部11和下夹持部12，其中上夹持部11从高温炉13的顶部伸入高温炉13内，下夹持部12从高温炉13的底部伸入高温炉13内，裂纹扩展试样20连接在上夹持部11和下夹持部12之间。

在本申请的一些实施例中，所述高温夹具(即上夹持部11和下夹持部12)的表面均涂敷有耐高温、耐磨损的复合材料涂层，由此能够保证在高频疲劳试验机1在高温循环加载的过程中，裂纹扩展试样20和高频疲劳试验机1的主机之间绝缘，进而消除了高频疲劳试验机1的电势干扰，使得滤波器32输出的电源信号准确，进一步提高了疲劳裂纹长度的测量精度。

基于上述实施例，材料高温疲劳门槛值测定系统还包括支架，所述支架安装在所述主机的横梁上，所述高温炉13放置在所述支架上，所述支架的高度能够进行调节，避免裂纹扩展试样20在安装好后，裂纹扩展试样20没有和观察窗互相对齐，由此能够保证图像采集装置通过该观察窗采集裂纹长度信息的可靠性。

其中，由于高温炉13在工作中的温度较高，且图像采集装置要通过观察窗采集裂纹长度信息，因此观察窗的材料需要耐高温、且为透明材料，由此本申请中的观察窗由石英玻璃材料制成。

在本申请的一些实施例中，材料高温疲劳门槛值测定系统还包括温度检测元件，温度检测元件设置在所述裂纹扩展试样20上，所述温度检测元件用于检测所述裂纹扩展试样20的温度，所述温度检测元件与所述温控仪14信号连接，进而保证高温炉13内达到预设温度时，高温炉13内能够形成稳定的温度场，避免由于高温炉13内的温度变化而导致的裂纹扩展试样20的疲劳裂纹长度(即第一裂纹长度)发生变化。

其中，上述高温炉13为市面上的MTS-1000高温炉13，通过温控仪14控制高温炉13内的温度在1000℃内波动范围不超过±2℃，以进一步提高裂纹扩展试样20的疲劳裂纹长度的测量精度。

此外，上述交流电源30的型号是AC6802B；上述放大器31的型号是AD603；上述滤波器32的型号为MIK-401Y。

继续参照图3，所述图像采集装置包括高速摄像机和多个蓝色光源41；所述高速摄像机和所述图像处理单元电连接，所述高速摄像机和多个所述蓝色光源41均安装在所述三脚架40上，多个所述蓝色光源41发射的光线均照射至所述裂纹扩展试样20上，所述三脚架40上设有高度调节部，用于调整所述高速摄像机的高度，以使高速摄像机与观察窗的高度一致，同时通过多个蓝色光源41为高速摄像机进行补光操作，保证高速摄像机采集到裂纹扩展试样20中裂纹尖端的高清图像，使得第二裂纹长度与实际裂纹长度更加接近。

基于上述实施例，多个蓝色光源41沿着高速摄像机的周向均匀分布，保证裂纹扩展试样20上的光线较为均匀，避免裂纹扩展试样20上的部分产生暗影，影响高速摄像机采集图片的效果。

为了保证高速摄像机的采集照片和的效果，并且保证上述图像采集模块的整体造价相对较低，本申请中的蓝色光源41为3个。

在本申请的一些实施例中，测定金属疲劳裂纹扩展门槛值的系统还包括：输入导线，用于连接所述交流电源30和所述裂纹扩展试样20的第一端；输出导线，用于连接所述裂纹扩展试样20的第二端与所述放大器31；其中，所述输入导线和所述输出导线的外表面上均包裹有石棉套，通过石棉套使得裂纹扩展试样20和高频疲劳试验机1、高温炉13均绝缘，进而消除了高频疲劳试验机1、高温炉13产生的电势干扰，保证滤波器32输出的电源信号更准确，疲劳裂纹长度的测量精度更高。

需要说明的是，上述高频疲劳试验机1中的控制柜15可以与专门控制高频疲劳试验机1的第一控制器信号连接，也可以与上述控制装置信号连接。第一控制器为第一计算机16或第一平板，控制装置为第二计算机33或第二平板。

其中，图1所示的为控制柜15与第一控制器信号连接、且第一控制器为第一计算机16；控制装置为第二计算机33，即滤波器32的输出端、图像采集装置均与第二计算机33信号连接。

另一方面，本申请提供了一种裂纹长度高精度标定方法，所述标定方法应用于上述材料高温疲劳门槛值测定系统，所述标定方法包括标定步骤，所述标定步骤具体包括：S100：连接交流电源至所述裂纹扩展试样的第一端，在所述裂纹扩展试样的第二端依次连接放大器、滤波器，随后连接所述裂纹扩展试样与高温夹具；S101：控制温控仪和温度检测元件均打开，随后检测所述裂纹扩展试样的温度值，待所述温度检测元件检测到的温度值达到预设温度值时，控制高温炉保温预设时间；S102：控制所述交流电源、所述放大器和所述滤波器均打开，获取所述滤波器输出的电源信号，根据所述电源信号计算得到第一裂纹长度；S103：控制图像采集装置开启并采集所述裂纹扩展试样的裂纹长度信息，根据所述裂纹长度信息计算得到第二裂纹长度；S104：计算所述第一裂纹长度和所述第二裂纹长度的相对误差值，并根据所述相对误差值调整所述交流电源输出的电流参数。

本申请提供的标定步骤中首先在裂纹扩展试样的第一端连接交流电源，在裂纹扩展试样的第二端依次连接放大器、滤波器，随后将裂纹扩展试样连接至高温夹具上；再控制温控仪和温度检测元件均打开，此时温控仪打开对裂纹扩展试样进行加热，温度检测元件检测所述裂纹扩展试样的温度值，待裂纹扩展试样加热到预设温度后，进入保温模式，使得裂纹扩展试样的受热较为均匀，随后控制器控制所述交流电源、所述放大器和所述滤波器均打开，获取所述滤波器输出的电源信号，并根据所述电源信号计算得到第一裂纹长度；与此同时，控制图像采集装置开启并采集所述裂纹扩展试样的裂纹长度信息，根据所述裂纹长度信息计算得到第二裂纹长度。最后，计算所述第一裂纹长度和所述第二裂纹长度的相对误差值，该误差值即表明了电位法分析单元的测量误差，紧接着根据上述相对误差值调整交流电源输出的电流参数，使得滤波器输出的电源信号得到调整，进而使得第一裂纹长度得到调整，由此校准了电位法分析模块的测量精度，使得通过校准后的电位法分析模块中的滤波器输出的电源信号较为准确，从而解决了裂纹扩展试样的疲劳裂纹长度的测量精度低的问题。

可以理解的是，所述步骤S104具体包括：S1041：若所述相对误差值小于或等于预设误差值，则保持所述交流电源输出的电流参数不变；S1042：若所述相对误差值大于所述预设误差值，则调大所述交流电源输出的电流参数，并返回步骤S102。

其中，S1041：若所述相对误差值小于或等于预设误差值，即表明电位法分析模块得到的第一裂纹长度的误差在允许的误差范围(即预设误差值)内，此时只需控制所述交流电源输出的电流参数不变即可；S1042：若所述相对误差值大于所述预设误差值，即表明电位法分析模块得到的第一裂纹长度的误差超出允许的误差范围(即预设误差值)，此时则调大所述交流电源输出的电流参数，使得相对误差值减小，随后返回步骤S102重新得到第一裂纹长度和第二裂纹长度，再次计算两者之间的相对值误差值，直至相对误差值的范围落入预设误差值的范围内。

在本申请的一些实施例中，在所述标定步骤之后还包括检测步骤，所述检测步骤包括以下步骤：S200：控制所述温控仪、所述图像采集装置和所述交流电源均关闭；S201：拆除所述裂纹扩展试样；S202：连接交流电源至待检试样的第一端，在所述待检试样的第二端依次连接所述放大器、所述滤波器和所述控制装置，随后连接所述待检试样与所述高温夹具；S203：控制所述温控仪和所述温度检测元件均打开，待所述温度检测元件检测到的温度值达到预设温度值时，控制所述高温炉保温所述预设时间；S204：控制所述交流电源、所述放大器和所述滤波器均打开，获取所述滤波器输出的电源信号，根据所述电源信号计算得到第一裂纹长度；S205：控制显示单元开启。

本申请控制器控制所述温控仪、所述图像采集装置和所述交流电源均关闭，随后拆除所述裂纹扩展试样(即裂纹扩展试样用于标定测定金属疲劳裂纹扩展门槛值的系统)。随后再连接交流电源至待检试样(即待测试样为测定金属疲劳裂纹扩展门槛值的系统标定后测量的试样)的第一端，在所述待检试样的第二端依次连接所述放大器、所述滤波器和所述控制装置，随后连接待测试样和高温夹具，以实现交流电源与滤波器之间的线路连接和固定连接；紧接着控制器控制温控仪和温度检测元件均打开，温度检测元件检测所述待检试样的温度，待所述温度检测元件检测到的温度值达到预设温度值时，控制所述高温炉保温所述预设时间，使得高温炉内形成均匀的温度场。最后控制所述交流电源、所述放大器和所述滤波器均打开，以使的交流电源输出的电源信号经滤波器输出，控制器中的电位法分析单元获取所述滤波器输出的电源信号，并根据所述电源信号计算得到第一裂纹长度，接下来控制模块控制显示单元开启，以输出与第一裂纹长度相对应的图表，便于用户直观的了解到第一裂纹长度的变化趋势。

需要说明的是，由于上述检测步骤是在标定步骤，在标定步骤中已经对电位法分析单元进行了标定，由此在检测步骤中无需开启图像分析子系统。

综上，本申请具有以下优势：

本申请实施例中采用的是高频疲劳试验机1加载，那个快速测量合金材料以及合金材料的高温疲劳裂纹扩展门槛值，节约测定时间成本、省时、省力。

本申请中的高速摄像机配套有多个蓝色光源41，可以保证高速摄像机实时采集到清晰的裂纹图片，通过DIC分析软件裂纹扩展试样20的裂纹尖端最大应变位置并获得实时裂纹长度，同时采用DIC分析软件对电位法测定系统进行标定，提高了系统测试的可靠性。

本申请中的显示单元以LabVIEW为平台，可以进行可视化操作，便于用户了解上述裂纹的变化趋势。

本申请电位法分析单元通过第一裂纹长度和第二裂纹长度的相对误差值进行补偿和反馈调节，从而提高了电位法分析单元计算得到的第一裂纹长度的精准性。

本申请高温夹具(即上夹持部11和下夹持部12)的表面覆盖有高温绝缘涂层，保证试验过程中裂纹扩展试样20和高频疲劳试验机1之间绝缘，排除高频疲劳试验机1的电势干扰。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种材料高温疲劳门槛值测定系统，其特征在于，包括高频疲劳试验机、电位法分析子系统、图像分析子系统和控制装置，所述控制装置包括电位法分析单元、图像处理单元、计算单元和控制单元，其中，

所述高频疲劳试验机包括主机和控制柜，所述主机上安装有高温夹具、高温炉、温控仪和裂纹扩展试样，所述高温炉上设有观察窗，所述裂纹扩展试样与所述高温夹具连接、且位于所述高温炉内并与所述观察窗相对；

所述电位法分析子系统包括连接在所述裂纹扩展试样第一端的交流电源、连接在所述裂纹扩展试样第二端的放大器，以及依次连接在所述放大器的输出端的滤波器和所述电位法分析单元，所述电位法分析单元能够根据所述滤波器输出的电源信号计算得到第一裂纹长度；

所述图像分析子系统包括图像采集装置、与所述图像装置信号连接的图像处理单元，所述图像采集装置通过所述观察窗采集所述裂纹扩展试样上的裂纹长度信息，所述图像处理单元根据所述裂纹长度信息计算得到第二裂纹长度；

所述计算单元根据所述第一裂纹长度和所述第二裂纹长度，计算得到所述第一裂纹长度和所述第二裂纹长度的相对误差值，所述控制模块根据所述相对误差值调整所述交流电源输出的电流参数。

2.根据权利要求1所述的材料高温疲劳门槛值测定系统，其特征在于，所述控制装置还包括：

显示单元，所述显示单元用于接收所述第一裂纹长度，并根据所述第一裂纹长度输出并显示相应的图表。

3.根据权利要求1所述的材料高温疲劳门槛值测定系统，其特征在于，所述高温夹具的表面均涂敷有耐高温、耐磨损的复合材料涂层。

4.根据权利要求1所述的材料高温疲劳门槛值测定系统，其特征在于，还包括：

支架，所述支架安装在所述主机的横梁上，所述高温炉放置在所述支架上，所述支架的高度能够进行调节。

5.根据权利要求1或4所述的材料高温疲劳门槛值测定系统，其特征在于，所述观察窗由石英玻璃材料制成。

6.根据权利要求1所述的材料高温疲劳门槛值测定系统，其特征在于，还包括：

温度检测元件，设置在所述裂纹扩展试样上，所述温度检测元件用于检测所述裂纹扩展试样的温度，所述温度检测元件与所述温控仪信号连接。

7.根据权利要求1所述的材料高温疲劳门槛值测定系统，其特征在于，所述图像采集装置包括：

高速摄像机，所述高速摄像机和所述图像处理单元电连接；

多个蓝色光源；

三角架，所述高速摄像机和多个所述蓝色光源均安装在所述三角架上，多个所述蓝色光源发射的光线均照射至所述裂纹扩展试样上，所述三角架上设有高度调节部，用于调整所述高速摄像机的高度。

8.根据权利要求1所述的材料高温疲劳门槛值测定系统，其特征在于，还包括：

输入导线，用于连接所述交流电源和所述裂纹扩展试样的第一端；

输出导线，用于连接所述裂纹扩展试样的第二端与所述放大器；

其中，所述输入导线和所述输出导线的外表面上均包裹有石棉套。

9.一种裂纹长度高精度标定方法，其特征在于，所述标定方法应用于如权利要求1～8中任一项所述的材料高温疲劳门槛值测定系统，所述标定方法包括标定步骤，所述标定步骤具体包括：

S100：连接交流电源至所述裂纹扩展试样的第一端，在所述裂纹扩展试样的第二端依次连接放大器、滤波器，随后连接所述裂纹扩展试样与高温夹具；

S101：控制温控仪和温度检测元件均打开，随后检测所述裂纹扩展试样的温度值，待所述温度检测元件检测到的温度值达到预设温度值时，控制高温炉保温预设时间；

S102：控制所述交流电源、所述放大器和所述滤波器均打开，获取所述滤波器输出的电源信号，根据所述电源信号计算得到第一裂纹长度；

S103：控制图像采集装置开启并采集所述裂纹扩展试样的裂纹长度信息，根据所述裂纹长度信息计算得到第二裂纹长度；

S104：计算所述第一裂纹长度和所述第二裂纹长度的相对误差值，并根据所述相对误差值调整所述交流电源输出的电流参数。

10.根据权利要求9所述的裂纹长度高精度标定方法，其特征在于，在所述标定步骤之后还包括检测步骤，所述检测步骤具体包括：

S200：控制所述温控仪、所述图像采集装置和所述交流电源均关闭；

S201：拆除所述裂纹扩展试样；

S202：连接交流电源至待检试样的第一端，在所述待检试样的第二端依次连接所述放大器、所述滤波器和所述控制装置，随后连接所述待检试样与所述高温夹具；

S203：控制所述温控仪和所述温度检测元件均打开，待所述温度检测元件检测到的温度值达到预设温度值时，控制所述高温炉保温所述预设时间；

S204：控制所述交流电源、所述放大器和所述滤波器均打开，获取所述滤波器输出的电源信号，根据所述电源信号计算得到第一裂纹长度；

S205：控制显示单元开启。

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