数字图像相关方法在焊缝材料力学性能测试中的应用

航　空　学　报ＡｃｔａＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｅｔＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａＳｉｎｉｃａ　　　　　：ｈｔｔ／／ｈｋｘｂ．ｂｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎｋｘｂｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎ　ｈ＠ｂｐ：／ｄｏｉ１０．７５２７Ｓ１０００６８９３．２０１３．０１６３－

Ｏｃｔ．２５２０１３Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．１０　２３７２２３８２　－

／ＩＳＳＮ１０００６８９３ＣＮ１１１９２９Ｖ　－　　－

数字图像相关方法在焊缝材料力学性能

测试中的应用

２

，郭亚洲１杭超１，杨广１，李玉龙１，＊，于起峰１，

１．西北工业大学航空学院，陕西西安　７１００７２

１００７３２．国防科学技术大学航天与材料工程学院，湖南长沙　４

摘　要：焊缝材料是一种非均匀材料，其焊缝区、母材区、热影响区具有不同的力学性能。为了能使焊缝材料在工程实践中得到合理应用，对焊缝材料不同区域力学行为进行定量研究变得非常重要。本文采用数字图像相关（方法对ＤＩＣ）得到了焊缝材料在不同载荷下不同区域的应变场，ＴＣ４钛合金焊缝在单轴拉伸载荷作用下的变形场进行测量，３个区域焊缝区、热影响区，并且母材区的应变远大于焊缝区和热影响区。母材区具有良好的韧的应变从大到小依次为母材区、

性，其局部失效应变可达３焊缝在达到峰值载荷时就已经０％。同时对加载过程中的变形局部化现象进行了定量测量，出现微小的颈缩，峰值载荷时颈缩量仅为０断前一瞬间颈缩量可达０．０７５ｍｍ，．２７１ｍｍ。最后对试验系统的误差作了简验证了Ｄ要分析，ＩＣ方法的可靠性。

关键词：数字图像相关；钛合金；焊缝；母材区；热影响区；力学性能

（）中图分类号：Ｖ２５０．２　　　文献标识码：Ａ　　　文章编号：１０００６８９３２０１３１０２３７２１１－－－

耐腐蚀等优点，因　　钛合金由于具有比强度高、

航天、船舶、汽车等行业得到越来越广此在航空、

减轻泛的应用。焊接作为一种提高材料利用率、结构重量、降低成本的方法，已经成为钛合金加工

１］

。在焊接钛合金时，的重要手段［大量的热量输

３］

等［用该方法测得了焊缝材料不同区域的本构曲

通过检测线。干涉应变计法基于光的干涉原理，该方法可以用于微小干涉条纹确定试样的应变，

试样的应变测量，但其测量光路比较复杂，且测量精度容易受到试验环境影响。还有一些学者采用微拉伸和微剪切方法研究焊缝材料的力学性能，雷斌隆研究了微剪切试验与拉伸试验、断裂力学

４］

，试验之间的关系［并用统计方法得出了焊接接

并且在母材区和焊入导致焊缝区材料发生熔化，

缝区之间形成明显的热影响区。焊缝区材料的熔化再结晶，以及热影响区材料受热后内部组织发生改变，使得焊缝区和热影响区的力学性能与母给其力学性能的测试带来诸多不便。材区不一致，

由于焊缝材料性能变化梯度比较大，常规的材料测试方法难以区分焊缝材料不同区域力学性

［］

能的差异。为了解决这一问题，Ｓｈａｒｅ等２提出ｐ

头各区剪切强度与剪切韧性、冲击韧性之间的关

５］６］

。王元良等［用微剪切方法研究了铝合金焊系［

７］

缝微区的力学性能，汤忠斌等［分别用微拉伸和

剪微剪切方法测得了焊缝各个区域的剪切强度、切屈服强度、抗拉强度、拉伸屈服强度的分布情况。本文采用数字图像相关（ＤｉｉｔａｌＩｍａｅＣｏｒ　　－ｇｇ

朱勐晖了测量微小试样应变的干涉应变计法，

；退修日期：；录用日期：；网络出版时间：：收稿日期：２０１２１２２６２０１２１２２９２０１３０３０５２０１３０３１９１５４２－－－－－－－－　

／／／网络出版地址：ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔｋｃｍｓｄｅｔａｉｌ１１．１９２９．Ｖ．２０１３０３１９．１５４２．００３．ｈｔｍｌ

）；）；）基金项目：国家自然科学基金（高等学校学科创新引智计划（西北工业大学基础研究基金（１１１０２１６６，１０９３２００８Ｂ０７０５０ＪＣ２０１２０１

：：Ｔｅｌ．０２９８８４９４８５９ａｉｌｌｉｕｌｏｎｗｕ．ｅｄｕ．ｃｎ－　Ｅ－ｍ＠ｎｙｇｐ＊通讯作者．

引用格式：ＨａｎＣ，ＹａｎＧ，ＬｉＹ　Ｌ，ｅｔａｌ．Ａｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｄｉｉｔａｌｉｍａｅ　ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｔｏｔｅｓｔｏｆ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｒｏｅｒｔｉｅｓｆｏｒ　ｗｅｌｄ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ．　　　　　　　　　　ｇ　ｇ　ｐｐｇｇｐｐ

，，（）：，，，杭超杨广李玉龙等数字图像相关方法在焊缝材料力Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａ　ｅｔＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａ　Ｓｉｎｉｃａ２０１３３４１０２３７２２８２．．Ａｃｔａ　　－３

：航空学报，学性能测试中的应用．２０１３，３４（１０）２３７２２８２．－３

数字图像相关方法在焊缝材料力学性能测试中的应用　杭超等：

］８１０－，，方法［准确地定位出焊缝材料ｒｅｌａｔｉｏｎＤＩＣ）

各个区域的位置，测得各个区域的应变分布，并估

２３７３　

ＣＺＮＳＳＤ＝

ｉ＝－Ｍｊ＝－Ｍ

计了该测量方法的误差。

∑∑ＭＭ

，）ｍ（ｍ（ｉ，ｉ）－

ΔΔｆｇ

）

（）３

２

１　试验技术

１．１　ＤＩＣ方法原理

数字图像相关又称为数字散斑相关（Ｄｉｉｔａｌｇ，，是一种光学测量变形ＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎＤＳＣ）Ｓｅｃｋｌｅ　ｐ

体表面变形信息的方法。ＤＩＣ方法基于灰度不变假设，认为物体在变形过程中表面各点的灰度保通过采集物体表面变形前后的两幅图像，持不变，

根据两幅图像中散斑光强的相关性来确定物体表面的位移场和应变场。

设参考图像的灰度为ｆ，变形图像的灰度为ＤＩＣ方法的目的是在变形图像中搜索到点ｇ，（它们满足如式′，′）与参考图像中的点（ξηξ，η），（）所示关系：１

（）′，′）１ｆ（ξ，η）＝ｇ（ξη

在实际情况中，物体受力产生变形时不仅有

还会有转动、伸缩、扭曲变形，如简单的刚体平移，

图中：图１所示，Ｐ和Ｑ分别表示变形前子区的

中点和子区内任意一点；ｐ和ｑ分别表示变形后并且分别与Ｐ和子区的中点和子区内任意一点，

式中：

ｘｆｍ＝（ｆ（ｙｉ，ｊ）２∑∑）２Ｍ１　＋ｉ＝－Ｍｊ＝－Ｍｘ′′ｇｍ＝ｇ（ｙｉ，ｊ）２∑∑２Ｍ＋１　ｉ＝－Ｍｊ＝－ＭΔｆ＝

Ｍ

Ｍ

ｉ

ｊ

ｍ

ＭＭ

ＭＭ

ｘ，－ｆｆ（ｙ）（∑∑ｉ＝－Ｍｊ＝－Ｍ

）

２

２

ｘ′′－ｇｍ）Δｇ＝∑∑（ｇ（ｙｉ，ｊ）ｉ＝－Ｍｊ＝－Ｍ

，相关系数ＣＺＮＳ表示两点的ＳＤ的取值越接近０

相关性越高。经简单推导即可证明，该相关系数

１１］。具有对灰度线性变换的不变性［

Ｑ对应。变形前后图像的子区不但中心位置发生

了变化，而且整个子区形状也发生改变，因此本文

所示的一阶位移模式来表示这种采用如式（２）

９］

：变化［

图１　变形前后子区示意图

ｉ．１　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｏｆｓｕｂｓｅｔｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒ　Ｆ　　　　　　ｇ

ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ

ｘ′＝ｘｘ＋ｘ＋ｙ０＋ｕ＋ｄ

ｘｙ

（）２′＝ｙｘ＋ｙ＋ｙ０＋ｖ＋ｄ

ｘｙ（（式中：为变形前子区中心点的坐标；ｘｘ′，ｙ０，０）

′）为变形后子区中某一点的坐标；ｕ和ｖ为变形ｙ

／／／前后子区中心的位移；ｕｘ、ｕｖｘｙ、／和ｖｄｘ和ｄｙ为图像子区的位移梯度；ｙ为点（ｘ′，′）到变形后子区中心的距离。ｙ

在评价变形前后图像中两点的相关性时，分别取以这两点为中心的（像素×（２Ｍ＋１）２Ｍ＋１）　　像素的两个正方形子区，对这两个子区进行相关运算，得到的相关系数即代表这两个点的相关性。本文中相关准则采用归一化的最小平方距离函数（，ＺｅｒｏｏｒｍａｌｉｚｅｄＳｕｍｏｆＳｕａｒｅｄＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ－Ｎ　　　　ｑ

［９］

，其表达式为ＺＮＳＳＤ）

在参考图像ＤＩＣ方法的全过程可描述如下：

中选取一点（并以该点为中心的（ｘ，２Ｍ＋１）　ｙ），）像素×（像素的正方形区域作为位移计算２Ｍ＋１　子区，在变形图像中搜索与该子区最相关（即相关系数取极值）的图像子区，并将该图像子区的中心记为（从而可以得到参考图像中点（′），ｘ′，ｘ，ｙ

负号表′）（′和ｖ＝－（ｙ）的位移ｕ＝ｘ－ｘｙ－ｙ，示图像坐标系与位移坐标系的转换）重复上述过程即可得到位移场。在实际计算中通常将感兴趣区域划分成虚拟网格的形式，所有网格节点位移共同组成了全场位移。相邻网格节点之间的距离）。为计算步长（ＳｔｅＳｉｚｅｐ　

在变形图像中搜索与参考图像子区相关的子本文采用的亚像素定位方法为Ｎ区时，ｅｗｔｏｎ－

２３７４　　

［

］

航　空　学　报

Ｏｃｔ．２５２０１３Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．１０　

２１３－

。需要说明的是，用上述搜Ｒａｈｓｏｎ迭代法１ｐ

索方法得到的位移结果是以像素为单位的，因此

式中：ＥｘＥｙｘ、ｙ分别表示有限变形情况下ｙ和Ｅｘ

Ｘ方向的正应变、Ｙ方向的正应变和ＯＸＹ平面内的剪切应变。

重复上述过程即可得到应变场。对于边界附近的点，只要其应变拟合子区中的点数多于３个，就能拟合出该点的应变。该方法有效地避免了对含噪位移场直接差分会放大误差的现象，因此对位移场中的噪声具有较好的抑制作用。

本文在进行Ｄ采用基于ＩＣ位移计算时，Ｎｅｗｔｏｎａｈｓｏｎ算法编写的ＭｏｉｒｅＡｎａｌｓｉｓ软－Ｒ　ｐｙ

：／／／／件，该软件可以从ｈｔｔｏｔｉｃｉｓｔ．ｏｒｎｏｄｅ７３下ｐｐｇ载。根据局部最小二乘原理计算应变场时，采用作者自主编写的基于ＭＡＴＬＡＢ环境的计算程序。１．２　试样制备及试验过程

本次试验选用的焊缝材料为ＴＣ４钛合金电子束焊接接头，焊缝材料形状及区域分布如图（）所示，从内向外依次为焊缝区、热影响区、母２ａ

材区。为了得到焊缝材料在单轴拉伸作用下不同本文选取的微拉伸试样贯穿了区域的变形行为，

焊缝材料的３个区域，最终试样尺寸如图２（ｂ）所示。

将像素位移转化为实际位移需要一个尺度因子（），即单位像素对应的实际位移，该ＳｃａｌｅＦａｃｔｏｒ　

尺度因子的值需要根据试验的具体情况确定。

从计算出的位移场估计应变场时，本文采用了局部最小二乘拟合的方法

［１４］

，该方法的基本思

在位移场中选取一点（并取以该想如下：ｘ，ｙ），点为中心的（像素×（像素的正方２ｍ＋１）２ｍ＋１）

将该子区的位移场拟合形区域为应变拟合子区，成平面，数学表达式为

，ｕ（ｉｘ＋ａｊ）＝ａｙ０＋ａ１２（）４（，）ｂｘ＋ｂｉｊ＝ｂｙ０＋１２

，式中：ｉｍ为应变计算窗口中的局部坐ｊ＝－ｍ：，，标；ｕ（ｉｉｊ）和ｖ（ｊ）为通过位移搜索得到的点（，为需ｉａｋ＝０，１，２）ｊ）的原始位移分量；ｋ和ｂｋ（

要确定的多项式系数。一般情况下，应变拟合子区中的点数大于待定多项式系数的个数，即（２ｍ＋）））所以式（中的系数ａ１×（２ｍ＋１４＞３，ｋ和ｂｋ可以通过最小二乘法求解。通过得到的多项式系数

可以计算小变形情况下局部子区中心的ａｋ和ｂｋ，柯西应变，计算公式为

＝ａｘ＝１

ｘ（）＝ｂ５１ｙ＝ｙ

ｂ＋＝ａｘ２＋２ｙ＝

ｘｙ式中：εεｘ、ｘｙ和γｙ分别为小应变情况下Ｘ方向的正应变、Ｙ方向的正应变和ＯＸＹ平面内的剪切应变。

在有限变形情况下，局部子区中心的格林应变为

Ｅｘ＋ｘ＝

ｘ２　　ａ１＋

［））］＝［））］＝

（）６

２

ｘ

２

＋

ｘ

２

（２２

ａ１＋ｂ１）２

２Ｅｙ＋＋ｙ＝

ｙｙｙ２

（２２

ａ２＋２＋ｂ２）　　ｂ２Ｅｘｙ＝

＋＋ｘ２ｙ

）··＋＝　　

ｘｘ２ｙｙ）

图２　焊缝材料区域分布示意图及试样尺寸

Ｆｉ．２　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｗｅｌｄｍａｔｅｒｉａｌｚｏｎｅｓ　　　　　　ｇ

ａｎｄｓｉｚｅｏｆｗｅｌｄｓｅｃｉｍｅｎ　　　　ｐ

（ａａａｂ　　＋（２＋ｂ１）１２＋ｂ１２）２２

数字图像相关方法在焊缝材料力学性能测试中的应用　杭超等：

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ＤＩＣ方法需要采集变形前后物体表面的两幅

图像，要保证测量精度，就必须有一个稳定的系统。本文所采用的测量系统示意图如图３所示。

样可以确保应变片准确粘贴在焊缝区。然后对试样加载，试验机与摄像机的设置如１．２节所述。最终分别通过两种应变测量方法测得焊缝区名义应力－应变曲线，如图４所示。

图３　数字图像相关测量系统示意图Ｆｉ．３　ＳｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｓｔｅｍｏｆＤＩＣ　　　　　ｇｙ

试验中采用的试验机为ＣＳＳ８８０１０万能电子试验机，并同时用Ｐｈａｎｔｏｍ　Ｖ７１１摄像机记录试样变形全过程，拍摄过程一直由冷光源提供照明。试验中摄像机拍摄的照片尺寸为６０８像素×８００，；像素，拍摄频率为２曝光时间为２４帧／ｓ０００ｎｓ　／，电子万能试验机的采样频率为１每一次采样０点ｓ分别记录采样时间、载荷和位移３个信息，试验机加／，载速率为１ｍ该过程可视为准静态加载。ｍｍｉｎ

试验开始前，首先在试样表面喷涂散斑。制作散斑的方法是先在试样表面均匀喷涂一层白漆，再用空气压缩式雾化器将稀释的墨水喷涂到试样表面，最终形成散斑。然后将试样上端夹在上方可动夹具中，使试样尽量保持竖直，调整摄像使试样处在视场中央。最后用下方夹具机位置，

夹紧试样下端。上述过程调整完毕后，即可进行试验。试验时先启动摄像机，经过１～２ｓ后再启动电子万能试验机，经过２～３ｍ试样就被拉ｉｎ，断。此时停止摄像机和万能试验机并保存数据，试验完毕。

１．３　ＤＩＣ方法有效性验证

ＤＩＣ方法在实验力学中已经逐渐得到应用，然而对于不同的试验条件，其测量精度也有所不同。为了验证本文试验环境中ＤＩＣ方法的有效性，将其测量结果与应变片结果进行对比。具体在试样正面喷涂散斑进行Ｄ在方案为：ＩＣ测量，试样背面焊缝区（试样中心位置）粘贴尺寸仅为应变片，这２ｍｍ×２ｍｍ的ＢＥ１２００５ＡＡ－Ａ（１１）－

图４　用ＤＩＣ和应变片两种方法测得的焊缝区名义应力－

应变曲线

Ｆｉ．４　Ｎｏｒｍａｌｓｔｒｅｓｓｓｔｒａｉｎｃｕｒｖｅｏｆｗｅｌｄｚｏｎｅｍｅａｓｕｒｅｄ　－　　　　　ｇ

ｂｕａｅＤＩＣａｎｄｓｔｒａｉｎ　　　ｙｇｇ　

从图４可以看出，ＤＩＣ方法测得的应变与应变片结果相吻合，这就证明了本文试验环境下ＤＩＣ方法测量的应变是有效的。然而从图４中也

可以看出Ｄ波动原ＩＣ方法测得的应变存在波动，因将在第３节进行分析。

２　试验结果及分析

根据电子万能试验机测得的数据，可以绘制出焊缝试样在拉伸载荷作用下的载荷－位移曲线，如图５所示。从图中可以看出ＴＣ４钛合金焊缝没有明显的屈服阶段，其最大拉伸载荷为３３９４　。对应的强度极限为８Ｎ，４９ＭＰａ

图５　ＴＣ４钛合金焊缝试样拉伸时的载荷－位移曲线Ｆｉ．５　ＬｏａｄｅｌｏｎａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｏｆＴＣ４ｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｗｅｌｄ－　　　　ｇｇｙ　

ｓｅｃｉｍｅｎｕｎｄｅｒｔｅｎｓｉｏｎｌｏａｄ　　　ｐ

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摄像机在试验过程中共采集５７５８幅图像，　按时间顺序将图像编号为１～５根据断前一７５８，　位移数据，从而瞬间的图像编号找到对应的载荷、

确定出每个载荷点对应的图像编号。选取静止状）态的图像（编号为１为参考图像，然后分别选取４幅典型时刻的图像作为变形图像，依次进行ＤＩＣ运算。筛选出的图像的序号、载荷及备注信息如表１所示。

表１　筛选图像的信息

Ｔａｂｌｅ１　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｃｈｏｓｅｎｉｍａｅｓ　　　　ｇ

Ｉｍａｅｎｕｍｂｅｒ　　ｇ

１　４７０　２９５８　　４４３３　　７０８５　　

／ＬｏａｄＮ　０６８２３１１６　３３９４　３０１３　

ＲｅｍａｒｋＲｅｆｅｒｅｎｃｅｉｍａｅ　ｇＥｌａｓｔｉｃｓｔａｅ　ｇＩｎｔｅｎｓｉｖｅｓｔａｅ　ｇＭａｘｓｔｒｅｓｓ　Ｎｅｃｋｉｎｓｔａｅｇｇ　

参考图像如图６所示，图中线框内部表示ＤＩＣ，）。在本计算的感兴趣区域（ＲｅｉｏｎｏｆＩｎｔｅｒｅｓｔＲＯＩ　　ｇ文的试验中，横向与纵向的尺度因子相同，由于焊该宽度对应为１故缝材料宽度为４ｍｍ，１８像素，）／像素。尺度因子（ＳｃａｌｅＦａｃｔｏｒ３．９０μｍ　λ＝３

图７　焊缝材料在不同载荷Ｆ下竖直方向的应变场ελ＝ｙ（

／像素）ｍ３３．９０μ

Ｆｉ．７　Ｓｔｒａｉｎｆｉｅｌｄｓｎｖｅｒｔｉｃａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｗｅｌｄｍａｔｅｒｉａｌ　ε　　　　　ｇｙｉ

／）ｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏａｄｓＦ（３．９０μｍｉｘｅｌ　　　λ＝３ｐ

由图７可知，当载荷较小时，焊缝材料各个区域的应变没有明显差别；当应力接近强度极限时，焊缝材料各个区域表现出明显的应变差异，母材区应变最大，其次是焊缝区，应变最小的是热影响各个区域的应变均随区。随着加载过程的持续，

图６　Ｔ参考图像）Ｃ４钛合金焊缝试样表面散斑图（Ｆｉ．６　ＳｕｒｆａｃｅｓｅｃｋｌｅｉｍａｅｏｆＴＣ４ｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｗｅｌｄ　　　　　ｇｐｇｙ　

）ｓｅｃｉｍｅｎ（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｉｍａｅ　ｐｇ

（）之增大。从图７可以看出，当载荷达到最大值ｃ时，焊缝区应变为０热影响区应变为０．０３１，．０１４，母材区应变为０可以看出，焊缝．０８１。从图７（ｄ）母材区的局部应变最大值可材料在断前一瞬间，

达０正好试样的断裂位置就位于该处。．３０２，

为了验证ＤＩＣ方法测得的应变分布的有效性，用显微硬度计对该ＴＣ４钛合金电子束焊接接头的表面硬度进行测量，并将ＤＩＣ方法测得的焊如缝左右中线处竖直方向的应变和其进行对比，

以１号图像作为参考图像，用它分别和其余计算时选取的Ｒ４幅图像进行ＤＩＣ运算，ＯＩ大小

，为９图６）位移计算子区大小４像素×４８５像素（为３计算步长为５像素，应变拟合子区大３像素，小为２最终可得４组不同应力水平时试样１像素，在竖直方向的应变场，如图７所示。

数字图像相关方法在焊缝材料力学性能测试中的应用　杭超等：

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图８所示，图中横坐标轴表示焊缝各区的相对位置，横坐标零点是焊缝的中心位置，并且已经用尺度因子将ＤＩＣ方法测量结果的像素坐标转换成了位移坐标。根据图８中焊缝材料的硬度分布可以确定其母材区、热影响区和焊缝区的分布，图中可４条竖直的虚线即为各区之间的大致分界线，以看出ＴＣ４钛合金电子束焊接接头的热影响区的硬度比焊缝区高约１焊缝区硬度比母材０ＨＶ，区高出约２该硬度分布与文献［相吻５ＨＶ，１５］合。根据硬度分布划分的焊缝各个区域观察ＤＩＣ方法测得的应变结果，可以发现当外载荷较小时

（，图像编号４弹性阶段）焊缝各区的应变分布７０，并没有显著差异；随着外载荷的增加（图像编号，强化阶段）焊缝各区表现出不同的应变，２９５８，　

并且应变的分布和各个区域的位置非常吻合，各区应变从小到大依次为热影响区、焊缝区、母材，区；当外载荷达到峰值时（图像编号４各区４３３）　的应变均增大且表现出明显的差别，应变大小顺序与强化阶段相同；当加载进一步持续（图像编号，颈缩阶段）相比于峰值载荷时，焊缝区应５７０８，　

热影响区的应变几乎不变，而母变出现少量增加，

材区应变剧烈增长，即母材区发生了颈缩。

图８　焊缝材料硬度分布及ＤＩＣ方法测得的竖直方向应变分布

Ｆｉ．８　ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｈａｒｄｎｅｓｓａｎｄｓｔｒａｉｎｉｎｖｅｒｔｉｃａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｄｂＤＩＣｍｅｔｈｏｄｏｆｗｅｌｄｍａｔｅｒｉａｌ　　　　　　　　　　　　　ｇｙ　

ＩＣ方法测得试样在断口位置产生了　　通过Ｄ

很大的应变，这说明ＴＣ４钛合金焊缝母材区具有下观测试样断良好的韧性。在扫描电镜（ＳＥＭ）口形貌，如图９所示。从焊缝试样断口形貌可以看出，试样断口形貌大致相同，均出现大量韧窝，总体上表现为韧性断裂，也进一步证明了材料断口处这也与Ｄ韧性非常好，ＩＣ方法测得的大应变相符。

试样在断口位置出现明显的颈缩，通过ＤＩＣ方法可以准确地计算出该颈缩量的大小。分别计算表１中后两幅图像水平方向的位移场，如图１０所示，图中：Ｕ为水平方向位移场。

由图１焊缝在达到最大应力水平时就０可知，颈缩位置主要位于母材区已经出现微小的颈缩，

（。结合图７（）也是最终形成断口的位置）和图ｃ（）可以看出，此时该处局部应变为０试１０ａ．０８１，

对应的实际位移为样的颈缩量仅为２．２像素，

该尺寸几乎不能用肉眼观测到；经过０．０７５ｍｍ，

最大载荷后，试样进入明显的颈缩阶段，颈缩量增加非常迅速，直到断前一瞬间，结合图７（和图ｄ）（可以看出，此时该处局部应变达０经１０ｂ）．３０２（

，可靠性较高）颈计算该处的相关系数为０．０１８，缩量可达８像素，对应的实际位移为０．２７１ｍｍ，这已经可以明显地用肉眼看到。

２３７８　　航　空　学　报

Ｏｃｔ．２５２０１３Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．１０　

３　误差分析

ＤＩＣ方法相比于其他光学测量方法对试验环

并且光路简单。因此可将Ｄ境要求较低，ＩＣ方法

的误差来源大体分为两大类：包括相①软件方面，子区大小、亚像素搜索算法等的选取；关函数、②硬件方面，包括散斑质量、光照情况、成像系统的噪声和畸变等。下文针对上述原因定量评估了本次试验中的误差。３．１　算法的误差

为了测试本文所用的ＤＩＣ算法对大应变的

［６］

采用Ｐ提出的计算识别能力，ｅｎｏｏｄｓｏｎ１ｇ和Ｇ机模拟散斑的方法对其进行验证。首先生成一幅

参考图像，设置该图像大小为２５６像素×２５６像素，高斯光斑的数量为３直径为３像素。然０００，　后对其施加水平方向向右的大小为０．３的均匀应

，该应变大小和焊缝试验中的最大应变对应）变（

图９　焊缝试样断口形貌

Ｆｉ．９　Ｆｒａｃｔｕｒｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｗｅｌｄｓｅｃｉｍｅｎ　　　　ｇｐ

使之作为变形图像。如图１参考图像中的１所示，

／图１０　两种载荷Ｆ下焊缝水平方向位移场（３．９０μｍλ＝３

像素）Ｆｉ．１０　Ｄｉｓｌａｃｅｍｅｎｔｆｉｅｌｄｓｏｆｗｅｌｄｉｎｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　　　　　　ｇｐ

／）ｕｎｄｅｒｉｘｅｌｔｗｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏａｄｓＦ（３．９０μｍ　　　　λ＝３ｐ

图１１　仿真散斑图

Ｆｉ．１１　Ｓｉｍｕｌａｔｅｄｓｅｃｋｌｅｉｍａｅｓ　　ｇｐｇ

数字图像相关方法在焊缝材料力学性能测试中的应用　杭超等：

２３７９　

方框内为感兴趣区域。

对上述仿真图进行Ｄ计算时选取的ＩＣ运算，即位移计算子区大小为３参数与试验中一致，３像素，计算步长为５像素，应变拟合子区大小为２１像素，可得水平方向的位移场与应变场，结果如图（）中可以看出该位移场具有很１２所示。从图１２ａ

清晰的带状分布，并且很接近光滑平面，将上述位移场通过局部最小二乘拟合得到应变场如图１２（）所示，可以看出应变具有很高的精度，非常接ｂ

近准确值０．３。

小于０最大标准差小于０应．００４像素，．００２像素，变的均值误差最大值小于０最大误差小．００２％，最大标准差小于０于０．００３％，．００１％。这足以说明ＤＩＣ算法对于位移和应变的识别具有非常高的精度，且集中程度较高，能够满足实际测量的要求。

图１３　均匀应变散斑图每一列位移和应变的误差Ｆｉ．１３　Ｄｉｓｌａｃｅｍｅｎｔｅｒｒｏｒａｎｄｓｔｒａｉｎｅｒｒｏｒｏｆｅａｃｈｃｏｌ　　　　　　　－ｇｐ

图１２　ＤＩＣ方法计算出的均匀应变散斑图的水平方向位

移场Ｕ和应变场εｘ

Ｆｉ．１２　ＤｉｓｌａｃｅｍｅｎｔｆｉｅｌｄＵａｎｄｓｔｒａｉｎｆｉｅｌｄｎｈｏｒｉｚｏｎ　　　　　－ｇｐεｘｉ

ｔａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｕｎｉｆｏｒｍｓｔｒａｉｎｓｅｃｋｌｅｉｍａｅｓｃａｌ　　　　　　　－ｐｇｃｕｌａｔｅｄｂＤＩＣｍｅｔｈｏｄ　　ｙ

ｕｍｎｉｎｕｎｉｆｏｒｍｓｔｒａｉｎｓｅｃｋｌｅｉｍａｅｓ　　　　　ｐｇ

３．２　试验环境引起的误差

本次试验持续了近３ｍ摄像机对整个试ｉｎ，验过程都进行了拍摄。显然，在这个过程中光源的强弱变化和摄像机的成像噪声都会使试验结果产生误差。为了估计出该误差的大小，本节用Ｐｈａｎｔｏｍ　Ｖ７１１摄像机对一幅静止的散斑图持续

拍摄，摄像机的设置与焊缝试验中的完全相同。取记时零点的图像为参考图像，每隔１０ｓ选取一幅变形图像，对参考图像和变形图像进行ＤＩＣ运算，计算时选取的参数也与焊缝试验中的相同。计算每幅变形图像位移和应变的最大误差、均值

为了进一步定量验证ＤＩＣ计算结果的精度，现分别计算每一列测量结果的均值误差和标准差。均值误差反映了计算结果的精确程度，标准图１和图差反映了计算结果的分散程度，３（ａ）（）分别表示位移场和应变场每列计算结果的１３ｂ

最大误差、均值误差和标准差。从图中可以看出位移场和应变场的均值误差在零附近振荡，且位移的均值误差最大值小于０最大误差．００１像素，

２３８０　　航　空　学　报

Ｏｃｔ．２５２０１３Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．１０　

误差与标准差，结果如图１４所示。图中：Ｖ为竖直方向位移场。从图中可以看出，位移和应变的没有规律，且两者的均值误差随时间呈散乱分布，

标准差都接近于零，因此可以认为试验环境引起的误差是随机误差。位移最大误差不超过０．３像素，均值误差最大值不超过０应变最大误．２像素，差小于０均值误差最大值小于０．１４０％，．００５％。

学行为，在载荷相同的情况下，焊缝材料３个区域的应变从大到小依次为母材区、焊缝区、热影响并且母材区的应变远大于焊缝区和热影响区。区，

）Ｔ２Ｃ４钛合金焊缝的母材区具有良好的韧

性，其局部失效应变可达３０％。）焊缝在达到峰值载荷时就已经出现微小３的颈缩，峰值载荷时颈缩量仅为２对应的．２像素，断前一瞬间颈缩量可达８实际位移为０．０７５ｍｍ；像素，对应的实际位移为０．２７１ｍｍ。

）４ＤＩＣ方法作为一种新型的光学测量方法，相比于干涉应变计、微拉伸等方法，具有全场分非接触测量、光路简单、环境因素对其精度影析、

响小等优点，它在焊缝等非均匀材料的力学性能测试中具有明显的优势。

ＤＩＣ方法在实验力学中具有广阔的应用前

将它与显微设备（如扫描电镜）相结合，景。例如，

可以对材料微观变形进行测量；将它与高速摄影可以测量材料在冲击载荷作用下的技术相结合，

动态力学行为。对于上述应用前景还有待于进一步深入研究。

参　考　文　献

［］１ｉｎＸ　Ｈ．Ｓｔａｔｕｓｕｏａｎｄｔｒｅｎｄｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｗｅｌｄｉｎｍａｃｈｉｎｅ　Ｙ　　　　　　　ｇｑ　

，（）：ＥｕｉｍｅｎｔＩｎｄｕｓｔｒ２００５５１３１６．ｉｎｄｕｓｔｒＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ　　－ｑｐｙｙ．（）ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ　

尹显华．电焊机行业现状及发展趋势．电器工业，２００５（）：５１３１６．－

［］２ｈａｒｅＷ　Ｎ，ＹｕａｎＢ，ＶａｉｄａｎａｔｈａｎＲ，ｅｔａｌ．Ｍｅａｓｕｒｅ　Ｓ　　　　－ｐｙ

’，’，’ｍｅｎｔｓｏｆＹｏｕｎｓｍｏｄｕｌｕｓＰｏｉｓｓｏｎｓｒａｔｉｏａｎｄｔｅｎｓｉｌｅｓ　　　　　ｇｓｔｒｅｎｔｈｏｆｏｆｔｈｅＴｅｎｔｈＩＥＥＥＩｎｏｌｓｉｌｉｃｏｎ．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｓ　　　　　　　－ｇｐｙｇ，ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＷｏｒｋｓｈｏｏｎＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＳｓｔｅｍｓ　　　ｐｙ　１９９７：４２４４２９．－

［］３ｈｕＭ　Ｈ，ＸｕＦ，ＴａｎＺＢ，ｅｔａｌ．ＡｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＩＳＤＧ　Ｚ　　　　　　ｇｐｐ　

ｍｅｔｈｏｄｏｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｗｅｌｄｉｎｒｏｅｒｔｉｅｓ　　　　　　ｇｐｐ，ｌｉｎｅｍａｔｅｒｉａｌ．ＣｈｉｎｅｓｅＱｕａｒｔｅｒｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃｓ２００６，２７　　　ｙ　（）：（）３５１５５２１．ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ－　

朱勐晖，徐绯，汤忠斌，等．干涉应变计法在焊缝材料力（）：学性能测试中的应用．力学季刊，２００６，２７３５１５５２１．－［］４ｅｉＢＬ．Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｍｉｃｒｏｓｈｅａｒｔｅｓｔａｎｄｃｏｎ　Ｌ　　　　　　　　　－

，ｖｅｎｔｉｏｎａｌｔｅｓｔ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｕｔｈｗｅｓｔＪｉａｏｔｏｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔ　　　　ｇｙ　（）：）１９９２３６７７３．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ－　

雷斌隆．微型剪切试验与常规试验之间的关系．西南交通（）：大学学报，１９９２３６７７３．－

［］５ｅｉＢＬ，ＣｈｅｎＨ，ＱｕａｎＳＹ．Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎｍｉｃｒｏ　Ｌ　　　　　　　－

ｓｈｅａｒｔｅｓｔａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｒｏｅｒｔｉｅｓｔｅｓｔｏｆｗｅｌｄｅｄｏｉｎｔ．　　　　　　　　ｐｐｊ，：ＥｌｅｃｔｒｉｃＷｅｌｄｉｎＭａｃｈｉｎｅ２００６，３６（８）４０４２．（ｉｎＣｈｉ　－　－ｇ　

图１４　试验环境的误差随时间的变化规律

Ｆｉ．１４　Ｅｒｒｏｒｆｒｏｍｅｘｅｒｉｍｅｎｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｖａｒｉｎｗｉｔｈ　　　　ｇｐｙｇ　

ｔｉｍｅ

通过以上两方面的分析可以发现，在本次试由试验环境引起的误差大于算法带来验条件下，

的误差。真实试验中的误差是由算法和试验环境共同引起的，即最终误差是上述两种误差的耦合。因此可以认为试验误差主要来源于试验环境，即位移全局分辨率为０局部分辨率为０．２像素，．３像素，应变全局分辨率为０局部分辨率．００７％，为０．１４０％。

４　结　论

）Ｔ１Ｃ４钛合金焊缝的不同区域具有不同力

数字图像相关方法在焊缝材料力学性能测试中的应用　杭超等：

）ｎｅｓｅ

雷斌隆，陈辉，权思勇．焊接接头微型剪切试验与机械性（）：能试验之间的关系．电焊机，２００６，３６８４０４２．－［］６ａｎＹＬ，ＳｕｎＨ，ＬｉｕＪＡ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｗ　　　　　　ｇ　

ｒｏｅｒｔｉｅｓｔｅｓｔｏｆｗｅｌｄｏｉｎｔｍｉｃｒｏｚｏｎｅｓｏｆａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏ．　　　　　　　　ｐｐｊｙ，（）：）Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ｍａｃｈｉｎｉｎ１９９７，１９３３５３８．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ－　ｇ王元良，孙鸿，刘静安．铝合金焊接接头微区性能试验研（）：究．铝加工，１９９７，９３３５３８．－

［］，７ａｎＺＢ，ＸｕＦ，ＸｕＺＪｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｔ　　　　　　　ｇ　

ｏｆｍｉｃｒｏｚｏｎｅｓｏｆｗｅｌｄｉｎｌｉｎｅ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｒｏｅｒｔｉｅｓ　　－　　　　－ｇｐｐ　（）：（）ｃｈａｎｉｃａｌＳｔｒｅｎｔｈ，２０１０，３２１５８６３．ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ　－　ｇ汤忠斌，徐绯，许泽建，等．焊缝结构微区材料力学性能（）：研究．机械强度，２０１０，３２１５８６３．－

［］８ｉｎＧＣ．Ｃｏｍｕｔｅｒａｉｄｅｄｏｔｉｃａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．２ｎｄｅｄ．　Ｊ　　　　　　ｐｐ

：Ｔ，ＢｅｉｉｎｓｉｎｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔＰｒｅｓｓ２００７：１４１１７０．（ｉｎ　－ｊｇｇｙ　）Ｃｈｉｎｅｓｅ

金观昌．计算机辅助光学测量．２版．北京：清华大学出版社，２００７：１４１１７０．－

［］９ａｎＢ，ＱｉａｎＫ　Ｍ，ＸｉｅＨ　Ｍ，ｅｔａｌ．Ｔｗｏｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｄｉ　Ｐ　　　　－　－ｇ

ｉｔａｌｉｍａｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｆｏｒｉｎｌａｎｅｄｉｓｌａｃｅｍｅｎｔａｎｄｓｔｒａｉｎ　　　　－　　　ｇｐｐ：ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｒｅｖｉｅｗ．ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈ　　　　－，（）：ｎｏｌｏ２００９，２０６６２００１．ｇｙ

［］１０ａｎＨ　Ｗ，ＫａｎＹＬ，ＸｉｅＨ　Ｐ．Ａｄｖａｎｃｅｉｎｄｉｉｔａｌ　Ｗ　　　　ｇｇｇ　　

ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｎｄｉｔｓａｌｉｃａｔｉｏｎ．Ａｄｖａｎｃｅｓｓｅｃｋｌｅ　　　　　ｐｐｐ

，（）：（）ｉｎＭｅｃｈａｎｉｃｓ２００５，３５２１９５２０３．ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ　－　王怀文，亢一澜，谢和平．数字散斑相关方法与应用研究（）：进展．力学进展，２００５，３５２１９５２０３．－

［］１１ｕＱＦ．Ｉｍａｅｂａｓｅｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｍｏｔｉｏｎｒｅｃｉｓｅ　Ｙ　　　　　　　ｇｐ

：，（ＳｃｉｅｎｃｅＰｒｅｓｓ２００２：１４７１５５．ｉｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｂｅｉｉｎ　－ｊｇ）Ｃｈｉｎｅｓｅ

于起峰．基于图像的运动测量与精密测量．北京：科学出版社，２００２：１４７１５５．－

作者简介：

杭超　男，硕士研究生。主要研究方向：光测实验力学。：Ｔｅｌ０２９８８４９４８５９－

：Ｅ－ｍａｉｌｈａｎｃｈａｏｎｗｕ＠１６３．ｃｏｍｇｐ

２３８１　

［］１２ｒｕｃｋＨ　Ａ，ＭｃＮｅｉｌｌＳＲ，ＳｕｔｔｏｎＭ　Ａ，ｅｔａｌ．Ｄｉｉｔａｌｉｍ－　Ｂ　　　　　　ｇ

ａｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｕｓｉｎＮｅｗｔｏｎａｈｓｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆａｒｔｉａｌ　　－Ｒ　　　ｇｇｐｐ　，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ．ＥｘｅｒｉｍｅｎｔａｌＭｅｃｈａｎｉｃｓ１９８９，２９　　ｐ（）：３２６１２６７．－

［］１３ｅｎｄｒｏｕｘＧ，ＫｎａｕｓｓＷ　Ｇ．Ｓｕｂｍｉｃｒｏｎｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｆｉｅｌｄ　Ｖ　　　　

：ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＰａｒｔ２，ｉｍｒｏｖｅｄｄｉｉｔａｌｉｍａｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ．　　　　ｐｇｇ（）：ＥｘｅｒｉｍｅｎｔａｌＭｅｃｈａｎｉｃｓ１９９８，３８２８６９２．　　－ｐ

［］１４ａｎＢ，ＸｉｅＨ　Ｍ，ＸｕＢＱ．Ｆｕｌｌｆｉｅｌｄｓｔｒａｉｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｐ　　　　－　　

ｂａｓｅｄｏｎｌｅａｓｔｓｕａｒｅｆｉｔｔｉｎｏｆｌｏｃａｌｄｉｓｌａｃｅｍｅｎｔｆｏｒｄｉｉｔ　　－　　　　　－ｑｇｐｇ　，ａｌｉｍａｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．ＡｃｔａＯｔｉｃａＳｉｎｉｃａ２００７，２７　　　　　ｇｐ（）：（）１１１９８０１９８６．ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ－　

潘兵，谢惠民，续伯钦．数字图像相关中基于位移场局部最小二乘拟合的全场应变测量．光学学报，２００７，２７（）：１１１９８０１９８６．－

［］，１５ｈｏｎＹ，ＱｕＪＳ，Ｃｈｅｎ　ＷＪｅｔａｌ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍ　ｗｅｌｄ　Ｚ　　　　　－ｇ　

，２ｉｎｏｆＴＣ４ａｌｌｏ．ＨｏｔＷｏｒｋｉｎＴｅｃｈｎｏｌｏ００７，３６　　ｇｙｇｇｙ　　（）：）１５２４２６．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ－　

钟玉，屈金山，陈文静，等．ＴＣ４钛合金的电子束焊．热（）：加工工艺，２００７，３６１５２４２６．－

［］１６ｅｎＺ，ＧｏｏｄｓｏｎＫＥ．Ｓｕｂｉｘｅｌｄｉｓｌａｃｅｍｅｎｔａｎｄｄｅｆｏｒｍ－　Ｐ　　　　　ｇｐｐ　

ａｔｉｏｎｒａｄｉｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｕｓｉｎｄｉｉｔａｌｉｍａｅｓｅｃｋｌｅ　　　　　ｇｇｇｇｐ　，，（）：Ｅｎｉｎｅｅｒｉｎ２００１４０８１６１３１６２０．ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ．Ｏｔｉｃａｌ　－ｇｇｐ

李玉龙　男，教授，博士生导师。主要研究方向：实验力学、冲击动力学。：Ｔｅｌ０２９８８４９４８５９－

：ａｉｌｌｉｕｌｏｎｗｕ．ｅｄｕ．ｃｎＥ－ｍ＠ｎｙｇｐ

２３８２　　航　空　学　报

Ｏｃｔ．２５２０１３Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．１０　

ＡｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＤｉｉｔａｌＩｍａｅＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄｔｏ　　　　　　ｐｐｇｇＴｅｓｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｒｏｅｒｔｉｅｓｆｏｒＷｅｌｄＭａｔｅｒｉａｌｓ　　　　　　ｐ

１１１，１，２１

，ＨＡＮＧＣｈａｏＹＡＮＧＧｕａｎＬＩＹｕｌｏｎＹＵＱｉｆｅｎＧＵＯＹａｚｈｏｕ　　　　　ｇ，ｇ＊，ｇ，

’１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔＸｉａｎ　７１００７２，Ｃｈｉｎａ　　　　ｙｙ，

２．ＣｏｌｌｅｅｏｆＡｅｒｏｓａｃｅａｎｄ　ＭａｔｅｒｉａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎＮａｔｉｏｎａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＤｅｆｅｎｓｅＴｅｃｈｎｏｌｏ　　　　　　　ｇｐｇｇ，ｙｇｙ，

Ｃｈａｎｓｈａ　４１００７３，Ｃｈｉｎａｇ

：Ｗ，ａｒｅｎｔｏｓｓｅｓＡｂｓｔｒａｃｔｅｌｄｍａｔｅｒｉａｌｉｓａｋｉｎｄｏｆｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｍａｔｅｒｉａｌｗｉｔｈｔｈｅｗｅｌｄｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｔｈｅｈｅａｔａｆｆｅｃｔｅｄｚｏｎｅ　　　　　　－　　　　　　　　　　　－ｐｐｒｏｅｒｔｉｅｓ．Ｉｔｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｃｈａｎｉｃａｌｉｓｉｍｏｒｔａｎｔｔｈａｔｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅｄｉｖｅｒｓｅｚｏｎｅｓｉｎａｗｅｌｄｍａｔｅｒｉａｌａｒｅ　　　　　　　　　　　　　　　　　ｐｐｇｐ　ｉｎｖｅｓｔｉａｔｅｄｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅａｓｏｎａｂｌａｌｉｔｉｎｅｎｉｎｅｅｒｉｎ．Ｔｈｉｓａｅｒｕｓｅｓｄｉｉｔａｌｉｍａｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ（ＤＩＣ）ｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌ　　　　　　　　　　　ｇｙｐｐｙｇｇｐｐｇｇｑｙ　　　ｍｅｔｈｏｄｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｆｉｅｌｄｏｆａＴＣ４ｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｗｅｌｄｕｎｄｅｒｕｎｉａｘｉａｌｅｘｔｅｎｓｉｏｎｌｏａｄｉｎ．Ｔｈｅｓｔｒａｉｎｆｉｅｌｄｓｏｆｄｉｆ　　　　　　　　　　　　　　　　　－ｙｇ　，ｆｅｒｅｎｔａｒｅａｓａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏａｄｓ．Ｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｚｏｎｅｗｅｌｄｚｏｎｅａｎｄｈｅａｔａｆｆｅｃｔｅｄｚｏｎｅａｒｅｅａｃｈｃｈａｒａｒｅｎｔ　　　　　　　　　　　　　　　　　－ｐａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｔｈｅｓｔｒａｉｎｏｆｉｔｓａｒｅａｉｎａｄｅｓｃｅｎｄｉｎｏｒｄｅｒ．Ｔｈｅｓｔｒａｉｎｏｆｔｈｅａｒｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｚｏｎｅｉｓｆｏｕｎｄｔｏｂｅｍｕｃｈｒｅａｔｅｒ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｙｇｐｇ　　ｔｈａｎｔｈａｔｏｆｏｔｈｅｒｚｏｎｅｓ．Ｔｈｅｌｏｃａｌｆａｉｌｕｒｅｓｔｒａｉｎｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｃａｎｒｅａｃｈ３０％，ｗｈｉｃｈｍｅａｎｓｔｈｅｄｕｃｔｉｌｉｔｏｆｔｈｅａｒｅｎｔａｒ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　－ｙｐｐ　，ｒｏｃｅｓｓ．Ａｔｅａｋｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｉｓｆｉｎｅ．Ｔｈｅｎｔｈｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｖｅｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｉｓｍｅａｓｕｒｅｄｄｕｒｉｎｔｈｅｌｏａｄｉｎｔｈｅｌｏａｄ　　　　　　　　　　　　　　ｐｐｇｇ　　，，ｔｉｎｎｅｃｋｉｎｏｆ０．０７５ｍｍｉｓｆｏｒｍｅｄｗｈｉｌｅｎｅｃｋｉｎｒｅａｃｈｅｓ０．２７１ｍｍｗｈｅｎｔｈｅｓｅｃｉｍｅｎｆｒａｃｔｕｒｅｓ．Ｆｉｎａｌｌｔｈｅｅｒｒｏｒｏｆｔｈｅ　　　　　　　　　　　　ｙｇｇｐｙ　　　，ｔｅｓｔｓｓｔｅｍｉｓａｌｓｏａｎａｌｚｅｄｆｒｏｍｗｈｉｃｈｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｏｆｔｈｅＤＩＣｍｅｔｈｏｄｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄ．　　　　　　　　　　　　ｙｙｙ　

：；；；；；ｗｏｒｄｓｄｉｉｔａｌｉｍａｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｓｗｅｌｄａｒｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｚｏｎｅｈｅａｔａｆｆｅｃｔｅｄｚｏｎｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｒｏｅｒＫｅ　　　　　　　　－ｇｇｙｐｐｐｙ　ｔｉｅｓ

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