本发明涉及一种图像处理与钛合金材料疲劳裂纹测量技术，特别涉及一种基于数字图像相关(digitalimagecorrelation,dic)的钛合金材料疲劳裂纹扩展张开力的测量方法，可广泛应用于焊接钛合金面板、钛合金构件等涉及钛合金材料的疲劳裂纹扩展测量的领域。
背景技术：
1、钛合金作为一种轻量且具有优异机械性能的材料，在航空航天、船舶制造、汽车工业和医疗设备等领域得到了广泛的应用。在实际使用中，这些结构将受到很多循环载荷，因此了解焊接区域的疲劳裂纹扩展行为至关重要。测量裂纹扩展张开力能够帮助评估焊接接头的疲劳寿命，确保飞机结构的安全性和可靠性。目前广泛应用的疲劳设计方法是基于裂纹扩展理论的评估方法。疲劳裂纹扩展过程中会发生闭合现象，载荷只有达到裂纹张开力fop时，裂纹才会扩展，所以准确估算疲劳剩余寿命需要考虑裂纹闭合的影响。在裂纹闭合分析中，fop的确定会关系到裂纹闭合对扩展影响大小的判断，因此对fop确定方法的研究非常重要。
2、经典的柔度法测裂纹张开力的方法，无法定量测得高低周恒定组合疲劳载荷下的钛合金材料疲劳裂纹面张开位移的变化量，不能解决高精度的钛合金材料疲劳裂纹张开力的实时监测问题。
技术实现思路
1、针对柔度法测裂纹张开力的方法难以解决高精度的钛合金材料疲劳裂纹张开力的实时监测问题，提出了一种基于dic的钛合金材料疲劳裂纹张开力测试方法，该方法原理清晰、性能稳定、扩展性好，能够精确准定高低周随机载荷下裂纹张开力。
2、本发明的技术方案为：
3、一种基于dic的钛合金材料疲劳裂纹张开力测试方法，包括以下步骤：采集多组记录钛合金材料疲劳裂纹扩展形态变化过程的数字图像序列；对数字图像序列进行基于均值归一化计算，测得包含裂纹张开-闭合效应影响的裂纹面扩展位移场；对裂纹扩展位移场进行加载-卸载特征提取，裂纹张开-闭合扩展过程位移场数据清洗和特征变换，使用高低周随机载荷下裂纹张开力的确定方法；
4、图像采集拍摄钛合金材料疲劳裂纹扩展过程，并充分捕捉裂纹的动态变化；随后进入数据处理流程：首先，在图像中选定裂纹尖端的四边形散斑区域qsr，以区域内两个变形标志点为基础构建网格，并生成目标数据阵列，确保其位于裂纹尖端附近；接着，通过对比映射为每个阵列标号，找到并记录相邻点的标号，裂纹尖端缺失的相邻点则记录为负数；应用dic技术进行点-点应变测量，以获取每帧图像的位移场，其排列方式与目标数据阵列一致；在加载-卸载过程与裂纹张开力分析中，首先进行数据清洗与特征变换，计算各点相关系数r12，并设定阈值a以区分迟滞点与非迟滞点，从而界定裂纹张开力的明显程度；若张开力明显，则采用均值归一化方法处理位移场，识别裂纹边界，获取张开-闭合过程中的位移数据，并将其映射到加载-卸载过程；若张开力不明显，则可选择卸载过程特征提取算法进行分析；最后，汇总各帧图像的裂纹扩展位移场，形成时域内完整的疲劳裂纹张开-闭合扩展过程；
5、数字图像序列进行图像处理，获得包含裂纹面张开-闭合效应影响的裂纹扩展位移场，包括：
6、s101，在数字图像内生成目标数据阵列；
7、在数字图像内确定一个包含疲劳裂纹尖端的四边形散斑区域qsr；找到qsr的2个变形构造标志点，以2个变形构造标志点距离为基础比例尺，构建四边形散斑区域qsr的面片网格；在面片网格中，以精度和残差为依据，生成目标数据阵列；
8、生成目标数据阵列的过程为；以面片网格裂纹尖端附近某点为起始点，按照像素间距，以从左到右，从上到下的顺序生成目标数据阵列；
9、在目标数据阵列的过程中，以最大主应变方法判断该目标数据阵列是否在目标区域qsr裂纹尖端附近，若是，则采用该目标数据阵列，否则，舍弃该目标数据阵列；
10、s102，目标数据阵列生成裂纹面扩展位移场；
11、按照目标数据阵列的先后生成顺序，从1标号开始，以累加的方式赋予每个目标数据阵列为一个种子标号；对每一个目标数据阵列，运用对比映射和扫描的方法，依次找到在上、下、左、右四个方向上与之距离为一个像素点大小的四个相邻目标点，并记录四个相邻目标数据阵列的标号；对于裂纹尖端的目标数据阵列，其某方向上缺失相邻目标数据阵列，将该缺失阵列标号记为负数；
12、s103，对目标数据阵列的目标点运用dic，进行钛合金疲劳裂纹位移场测量，得到包含张开-闭合效应影响的疲劳裂纹扩展位移场；
13、对每一个目标阵列进行点-点应变测量，得到每一个目标阵列在时域内的变形时域曲线；在空域内得到每一个时间节点即每一帧图像内的位移场，位移场在空域内的排列方式源自目标数据阵列，位移场具有与目标数据阵列相同的映射规则；
14、对裂纹扩展位移场使用裂纹扩展加载-卸载过程特征提取算法，得到钛合金材料疲劳裂纹张开力，具体包括以下步骤：
15、s201，通过数据清洗和特征变换互相关计算得到相关度r12，界定疲劳裂纹张开力为明显和不明显两类；
16、对目标数据阵列内每一个目标阵列运行dic算法，计算其相关系数，相关度计算公式为：
17、
18、式中，f(x,y)与g(x',y')分别为做互相关运算的引用图像子集与匹配图像子集，fm＝∑f(x,y)/m，gm＝∑g(x',y')/m，m为引用图像子集及匹配图像子集中图像的个数；
19、设定阈值a，将r12大于a的目标点设为非迟滞点，将r12小于a的目标点设为迟滞点；若有目标点通过r12阈值而判别为迟滞点，则认为目标数据阵列具有明显张开力，否则为不明显张开力；
20、s202，若界定为明显，使用加载过程特征提取算法，提取得到具有明显张开力疲劳裂纹扩展过程；
21、采用基于均值归一化计算方法，处理具有包含张开-闭合效应的裂纹扩展位移场，得到裂纹扩展应变场；扫描检测裂纹扩展应变场得到纹应力峰值区域，识别得到位于疲劳裂纹扩展区域边界处的目标数据阵列；将边界处的目标点按照横坐标排序组合后，得到两条由离散点组成的线段，各对应疲劳裂纹扩展边界的上边界与下边界，即获得裂纹张开-闭合过程中的位移数据阵列；将位移数据阵列映射到加载-卸载过程；
22、s203，若界定为不明显，使用卸载过程特征提取算法，提取得到具有不明显张开力疲劳裂纹扩展过程；
23、s204，组合每一帧图像获得的裂纹扩展位移场变化，得到时城内包含张开力的疲劳裂纹张开-闭合扩展变化过程。
24、优选的，数组图像序列由工业相机按照不低于30fps的一定采集帧率拍摄得到，其包括的数字图像数量不低于240张，以充分捕捉裂纹的动态变化。
25、优选的，具体实施步骤包括：
26、基于图像处理算法在图像序列内目标图像生成目标数据阵列，运用dic对目标点阵内每一个目标点进行位移测量，进而得到包含张开-闭合效应影响的疲劳裂纹扩展位移场测量结果；
27、对dic裂纹位移场进行后处理，确立疲劳裂纹张开力明显和不明显边界；
28、首先基于一个周期后的zncc生灭边界检测结果，判断具有明显张开力的出现区域，而细裂纹的生灭边界由应变场峰值区域确立；生灭边界确立后，即可进行疲劳裂加载-卸载阶段特征提取；
29、将离散边界进行内推，得到与实际疲劳裂纹吻合度良好的离散双链；实施流程具体为：读取目标点i，查找点i相邻的5点，基于插值补洞相邻点进行曲线拟合，计算出卸载过程位移场，将目标点沿着法向内推，直至对所有目标点完成内推；
30、拟合裂纹目标数据阵列，得到疲劳裂纹解析解，即疲劳裂纹张开-闭合位移场；
31、整合所有图像序列内单帧数字图像的疲劳裂纹静态测量结果，在时域内形成疲劳裂纹动态扩展测量结果。
32、本发明的有益效果在于：
33、(1)本发明采用了图像处理的方式，并创新提出高低周恒幅载荷下裂纹张开力的确定方法。
34、(2)相对于经典的柔度法测裂纹张开力的方法，本发明能够定量测得钛合金材料疲劳裂纹面张开位移的变化量，实现高精度的钛合金材料疲劳裂纹张开力的实时监测，拓展了经典柔度法测裂纹张开力的适用工况范围。
35、(3)本发明可广泛用于钛合金疲劳试验，弥补柔度法的诸多不足，实现高精度的钛合金材料疲劳裂纹张开力的实时监测，拓展了经典柔度法测裂纹张开力的适用工况范围。
1.一种基于dic的钛合金材料疲劳裂纹张开力测试方法，其特征在于，包括以下步骤：采集多组记录钛合金材料疲劳裂纹扩展形态变化过程的数字图像序列；对数字图像序列进行基于均值归一化计算，测得包含裂纹张开-闭合效应影响的裂纹面扩展位移场；对裂纹扩展位移场进行加载-卸载特征提取，裂纹张开-闭合扩展过程位移场数据清洗和特征变换，使用高低周随机载荷下裂纹张开力的确定方法；
2.根据权利要求1所述的基于dic的钛合金材料疲劳裂纹张开力测试方法，其特征在于，数组图像序列由工业相机按照不低于30fps的一定采集帧率拍摄得到，其包括的数字图像数量不低于240张，以充分捕捉裂纹的动态变化。
3.根据权利要求1所述的基于dic的钛合金材料疲劳裂纹张开力测试方法，其特征在于，具体实施步骤包括：
