关键字：裂纹检测，应变测量，数字图像相关，立体网格DIC

背景

有些结构从开始服务到更换的使用寿命很长。这些结构在发挥基本作用时，必须能够在其整个使用寿命内保持其物理完整性。要做到这一点，就必须确保它们的可靠性。对于金属水管这样的结构，在运行中可能会发生不同类型的损坏，但最有害的是管道中裂纹的张开和扩展（图1）。为了防止这种不可逆的损伤并及时进行干预，进行了数值模拟，使预测由于管道老化而造成的损伤成为可能。

在这种情况下，本文讨论的试验致力于跟踪弯曲试样上的裂纹张开和扩展，以便登记和验证管道材料开裂的数值行为规律。

图1–圆柱形结构上不同类型的裂纹张开

基于立体相关测量的裂纹扩展跟踪

为了演示，在试验管道中进行了预裂纹试验。布置了一对摄像机，以观察指定的区域（研究区域）和裂纹在数值模拟预测的方向上的扩展。研究区域（图2中绿色）和预校准点（红色）在加载前直接从客户提供的有限元网格（在我们的数字图像相关软件中）定义。

测量结果将直接在有限元网格上表示，我们可以立即将其与模拟预测的位移场进行比较。

图2–斑点图案和研究区域的定义

裂纹尖端的测定

为了跟踪裂纹随时间的演化，我们对残差的计算特别关注。实际上，EikoTwin DIC中计算的残差使得量化整体相关误差成为可能。残差对应于参考图像（第一图像）和畸变图像之间的差值，并针对测量的位移场进行校正。它是针对每个评估点进行相关性计算，从而使我们能够“实时”跟踪裂纹的出现。

图3显示了两幅连续的图像，在这两幅图像中，我们可以通过测量残差的显示看到裂纹的开始（在预裂纹水平处为黄色）。

图3–两幅连续图像上裂纹尖端外观的确定

用手逐帧采集裂纹尖端的位置，如图4所示。这是从初始缺陷尖端开始的扩展长度，该缺陷的位置被优先考虑。该测量的操作员不确定度最多评估为每幅图像约0.2 mm。

图4–操作员逐帧图像测量裂纹尖端

裂纹随时间的扩展

借助地图，可以逐个图像跟踪裂纹的演化，并恢复裂纹尖端随时间的坐标。通过逐个图像提取该位置图像，可以测量所有图像上裂纹的长度（相对于初始缺陷尖端的长度），从而跟踪其演变。图5显示了一系列地图，这些地图允许可视化裂纹从底漆到试验结束的外观和演变。图6描绘了裂纹长度随时间的演变。

图5–测试开始和结束时的残差地图

图6–裂纹长度随时间的演变

总之，我们可以从这个测试中得出大量的数据。立体相关可以提供三维位移场和变形场，还可以通过研究地图，检测、监测和测量在仪器化弯曲试件上进行的专用试验期间裂纹的外观和扩展。所获得的映射使得能够清楚地可视化试验期间裂纹的出现和扩展，并定量地测量其演变。