疲勞裂紋的形成和擴(kuò)展，具有很大的隱蔽性，而在疲勞斷裂時(shí)又具有瞬發(fā)性，因此疲勞破壞往往會(huì)造成極大的經(jīng)濟(jì)損失和災(zāi)難性后果。金屬的疲勞據(jù)統(tǒng)計(jì)，至今有約90%的機(jī)械零部件的斷裂破壞，仍是直接由疲勞或者間接疲勞而引起的。

　　一、棒料疲勞測(cè)量的需求

　　疲勞斷裂是因?yàn)樵诹慵驑?gòu)件表層上的高應(yīng)力或強(qiáng)度比較低弱的部位區(qū)域產(chǎn)生疲勞裂紋，并進(jìn)一步擴(kuò)展而造成的。這些危險(xiǎn)部位可以小到毫米甚至微米的范圍，零件或構(gòu)件的缺口根部、表面缺陷往往是這種危險(xiǎn)部位。

　　隨著機(jī)械設(shè)備朝著大型化、輕量化發(fā)展，零部件需要設(shè)計(jì)出多重缺口，這使得疲勞極限的因素更為復(fù)雜。預(yù)測(cè)具有多重缺口材料的疲勞強(qiáng)度，了解缺口的材料破損情況，在設(shè)計(jì)時(shí)采用應(yīng)力集中系數(shù)和疲勞缺口系數(shù)來(lái)補(bǔ)償材料應(yīng)力集中的情況，對(duì)機(jī)械零部件設(shè)計(jì)是極為重要的課題。

　　二、傳統(tǒng)與新技術(shù)疲勞測(cè)量對(duì)比

　　對(duì)于疲勞加載測(cè)試，傳統(tǒng)的應(yīng)變測(cè)量手段有應(yīng)變片、引伸計(jì)等，存在著諸多不足和局限性；XTDIC三維光學(xué)全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)應(yīng)變實(shí)時(shí)測(cè)量，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)疲勞裂紋尖端的位移變化。

　　三、新拓疲勞測(cè)試解決方案

　　XTDIC系統(tǒng)采用非接觸式測(cè)量技術(shù)—數(shù)字圖像相關(guān)(DIC)法，利用工業(yè)相機(jī)采集圖像應(yīng)用到疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)中，通過(guò)軟件分析部件動(dòng)態(tài)變形過(guò)程，研究裂紋演化及裂紋尖端區(qū)域位移和應(yīng)變場(chǎng)的變化規(guī)律。

　　在實(shí)驗(yàn)機(jī)對(duì)棒料拉伸加載過(guò)程中，XTDIC系統(tǒng)快捷地獲取了棒料的全場(chǎng)應(yīng)變和位移數(shù)據(jù)，并且能準(zhǔn)確測(cè)得應(yīng)變最大區(qū)域，觀察應(yīng)力集中處的應(yīng)變變化，以便于觀察棒料的疲勞演化。

　　隨著拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)載荷的增加，塑性區(qū)不斷向棒料中心擴(kuò)展，位于彈塑性交界處的最大軸向應(yīng)力也相應(yīng)地不斷向中心移動(dòng)。隨著塑性變形能擴(kuò)展到棒料中心，即出現(xiàn)沿缺口截面的全部屈服，裂紋位置如下圖所示：

　　XTDIC系統(tǒng)基于采集棒料在各個(gè)變形階段的散斑圖像，利用數(shù)字散斑相關(guān)算法進(jìn)行棒料表面變形點(diǎn)的匹配，重建出匹配點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)，然后進(jìn)行位移場(chǎng)數(shù)據(jù)的計(jì)算處理和應(yīng)變場(chǎng)的可視化分析。

　　材料或結(jié)構(gòu)受到多次重復(fù)變化的載荷力下，應(yīng)力水平即使沒(méi)有超過(guò)材料的強(qiáng)度極限，甚至比彈性極限還低的情況下就可能發(fā)生疲勞破壞。應(yīng)力幅或應(yīng)變幅是對(duì)疲勞壽命最重要的參數(shù)，通過(guò)XTDIC系統(tǒng)獲取的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合有限元數(shù)值模擬，可分析棒料在不同載荷下的斷裂規(guī)律以及棒料的應(yīng)力分布規(guī)律。

　　疲勞破壞在工程中大量存在，其在航空、航天領(lǐng)域，大型機(jī)電設(shè)備及交通運(yùn)輸設(shè)備中尤為突出。材料和零部件的疲勞破損可導(dǎo)致飛行器的結(jié)構(gòu)斷裂，導(dǎo)致嚴(yán)重的空難事故；車(chē)輪結(jié)構(gòu)疲勞斷裂也可以導(dǎo)致高速列車(chē)在行駛過(guò)程中突然出軌，由疲勞破壞的突發(fā)性和嚴(yán)重性可以看出，疲勞研究在工程應(yīng)用中尤為重要。