一种橡胶板的耐疲劳检测方法与流程

本发明涉及橡胶材料性能检测，特别涉及一种橡胶板的耐疲劳检测方法。

背景技术：

1、橡胶板作为密封、减震、承载类基础部件，广泛应用于工程机械、轨道交通、电力基建等领域，耐疲劳性能是决定其服役寿命与运行可靠性的核心指标，也是材料入厂检验、批次质量抽检的必检项目；

2、目前行业内普遍采用屈挠疲劳试验方案开展检测，实施时先制备带有预制切口的标准试样，将试样装夹于疲劳试验机后持续施加往复拉伸载荷，全程对准切口位置监测裂纹扩展状态，直至裂纹延伸至预设的失效长度，最终以总循环次数表征试样的疲劳寿命；该实施模式下，整个检测流程需完整覆盖从内部微损伤累积、宏观裂纹萌生到裂纹扩展失效的全部阶段，无法在损伤累积的早期阶段输出寿命结果，单试样检测周期较长，面对大批量批次抽检时检测效率受限。

3、部分改进方案引入图像识别技术替代人工观测裂纹，实施时将成像设备对准切口区域，通过图像分割算法提取裂纹轮廓并计算长度变化；这类方案仅优化了裂纹观测的执行方式，检测精度始终依赖裂纹区域的成像质量，预制切口的切面平整度、试样表面的附着污渍、环境光照的轻微波动，都会对裂纹识别结果造成干扰；同时为捕捉细微的裂纹扩展，通常需要配套高倍显微成像设备，检测成本与环境要求相对较高，为此，我们提出一种橡胶板的耐疲劳检测方法。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种橡胶板的耐疲劳检测方法，通过裂纹前方完好区域的灰度分布熵值演化表征内部微损伤累积，无需加载至裂纹失效即可完成全寿命预判，同时通过多层数据处理优化提升检测精度，在缩短检测周期、降低检测成本的同时保障检测可靠性。

3、（二）技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

5、一种橡胶板的耐疲劳检测方法，该检测方法包括以下步骤：

6、制备带有初始切口的待测试样，并在切口前方的完好橡胶表面划定固定尺寸的表面检测区域；

7、将待测试样置于密闭避光的恒温环境中静置，直至待测试样整体温度均匀稳定；

8、对待测试样施加恒定参数的周期性往复拉伸载荷，在每个循环加载周期的零应力复位节点采集表面检测区域的图像数据；

9、对每张图像的表面检测区域执行灰度层级划分与像素占比统计，计算对应循环加载周期的灰度分布熵值，按加载顺序排列生成熵值时序序列；

10、依据熵值时序序列的逐周期增量变化规律，划分三个连续衔接的熵演化阶段，提取指定演化阶段内灰度分布熵值变化的线性斜率作为特征斜率；

11、通过预建立的特征斜率与疲劳寿命对应关系，结合平稳段权重修正，推算待测试样的校准后预测疲劳寿命；

12、输出待测试样的耐疲劳检测结果。

13、优选的，制备带有初始切口的待测试样，并在切口前方的完好橡胶表面划定固定尺寸的表面检测区域的具体步骤如下：

14、将待检测橡胶板裁切为长度、宽度、厚度均符合预设尺寸的片状试样；

15、在片状试样的一侧边缘中部预制深度与宽度均符合设定值的初始切口，初始切口的延伸方向与后续拉伸加载的受力方向垂直；

16、以初始切口的尖端为起点，沿拉伸受力方向在切口前方的完好橡胶表面划定固定长宽的矩形区域作为表面检测区域，表面检测区域全程不覆盖初始切口本体及后续扩展的裂纹路径。

17、优选的，将待测试样置于密闭避光的恒温环境中静置，直至待测试样整体温度均匀稳定的步骤如下：

18、将待测试样水平放置在密闭避光的恒温腔体内，设置腔体内部温度为预设检测温度，保持腔体内部空气静止；

19、控制待测试样在该温度环境下的连续静置时长不低于预设静置阈值；

20、待待测试样整体温度与腔体内部温度一致后，完成环境预处理。

21、优选的，对待测试样施加恒定参数的周期性往复拉伸载荷，在每个循环加载周期的零应力复位节点采集表面检测区域的图像数据的步骤如下：

22、将完成预处理的待测试样两端分别固定在拉伸夹具的两个夹持端，设置拉伸夹具的往复运动行程为固定值，使待测试样每次拉伸后的最大伸长率符合预设形变比例；

23、设置拉伸夹具的往复运动频率为固定值，带动待测试样持续进行往复拉伸运动，每个循环加载周期内待测试样均从无应力状态拉伸至最大伸长状态，再复位至无应力状态；

24、在每个循环加载周期的复位终点、待测试样处于零应力静止状态的瞬间触发图像采集，采集过程保持补光强度恒定、采集视角与表面检测区域垂直，获取表面检测区域的无畸变清晰图像数据。

25、优选的，对每张图像的表面检测区域执行灰度层级划分与像素占比统计，计算对应循环加载周期的灰度分布熵值，按加载顺序排列生成熵值时序序列的步骤如下：

26、以初始切口尖端的像素坐标为基准，对所有采集图像执行刚性配准与坐标对齐校准，将各图像的表面检测区域坐标重合；

27、将表面检测区域内的像素灰度值在0至255的全灰度区间内，划分为预设数量的等间隔灰度层级，统计每个灰度层级包含的像素数量占表面检测区域总像素数量的比例；

28、对每个灰度层级的像素占比取以10为底的常用对数，将所得对数值与对应层级的像素占比相乘，再将所有灰度层级的乘积结果求和后取负值，得到对应循环加载周期的灰度分布熵值；

29、按循环加载周期的先后顺序排列所有灰度分布熵值，生成完整的熵值时序序列。

30、优选的，依据熵值时序序列的逐周期增量变化规律，划分三个连续衔接的熵演化阶段的步骤如下：

31、按循环加载周期顺序依次计算相邻两个周期的灰度分布熵值的差值，得到单周期熵增量；

32、其中，将单周期熵增量持续低于第一预设阈值、且连续不少于预设数量周期的区间划定为熵值平稳阶段，对应橡胶内部微损伤尚未大量萌生的初始状态；将单周期熵增量处于第一预设阈值与第二预设阈值之间、且相邻周期波动幅度不超过限定值的连续区间划定为熵值缓升阶段，对应橡胶内部微损伤稳定累积的过渡状态；将单周期熵增量持续高于第二预设阈值、且连续不少于预设数量周期的区间划定为熵值陡升阶段，对应宏观裂纹快速扩展的失效临近状态；

33、三个阶段按循环加载周期的先后顺序依次衔接，无交叉区间也无间隔区间。

34、优选的，提取指定演化阶段内灰度分布熵值变化的线性斜率作为特征斜率的步骤如下：

35、截取熵值缓升阶段的中间区段数据，截取起点与终点分别距离该阶段的起止端预设比例长度，去除阶段转换节点的波动数据；

36、对截取的灰度分布熵值数据执行最小二乘线性拟合，控制拟合结果的决定系数不低于预设拟合阈值；

37、将拟合得到的单位循环加载周期对应的熵值增量数值，作为特征斜率。

38、优选的，预建立的特征斜率与疲劳寿命对应关系的构建步骤如下：

39、采用与待测试样同材质、同规格、同制备工艺的标准试样，在一致的试验温度与形变比例条件下进行多组完整疲劳试验，记录每组标准试样的特征斜率与对应的标准疲劳寿命；其中，所述标准疲劳寿命为标准试样加载至裂纹长度达到预设临界失效长度时的总循环加载次数；

40、通过多组实测数据拟合得到特征斜率倒数与标准疲劳寿命的幂函数正相关关系，作为特征斜率与疲劳寿命的对应关系；

41、将待测试样的特征斜率代入对应关系，得到初步预测疲劳寿命。

42、优选的，结合平稳段权重修正，推算待测试样的校准后预测疲劳寿命的步骤如下：

43、计算熵值平稳阶段的总周期数占初步预测疲劳寿命的比例；

44、根据比例所处区间匹配对应修正系数，其中，若比例处于预设标准区间时，则修正系数取基准值1，若比例高于区间上限时，则按固定步长向上调整修正系数，若比例低于区间下限时，则按固定步长向下调整修正系数，且修正系数的波动范围限定在预设区间内；

45、将初步预测疲劳寿命与修正系数相乘，得到校准后预测疲劳寿命。

46、优选的，输出待测试样的耐疲劳检测结果的步骤如下：

47、循环加载的终止条件为待测试样的熵演化进入熵值缓升阶段，且已完成的循环加载周期数达到基于已采集灰度分布熵值变化趋势推算的该阶段总长度的预设比例，无需继续加载至熵值陡升阶段或裂纹失效状态；

48、检测最终输出校准后预测疲劳寿命、特征斜率及完整熵值时序序列三类数据；

49、所有输出数据均与本次检测的试验温度、形变比例参数一一对应存储。

50、（三）有益效果

51、检测区域选定为初始切口前方的完好橡胶表面，无需直接对准裂纹区域采集并识别裂纹轮廓，不受预制切口加工精度、裂纹不规则延伸形态的影响，仅需常规工业相机配合稳定补光即可完成图像采集，既降低了检测的设备投入门槛，也减少了环境因素对检测结果的干扰；其次，本方案无需持续加载至试样裂纹扩展至失效长度，仅需在循环加载前期采集表面检测区域的灰度数据，完成熵演化阶段判定与特征参数提取，即可推算完整的疲劳寿命，能够有效压缩单试样的检测时长，适配大批量试样的快速筛查场景。

52、此外，通过灰度分布熵值量化橡胶内部微损伤的累积程度，再经演化阶段划分截取稳定区段提取特征参数，最后叠加平稳段占比的权重校准，可抵消试样初始状态差异带来的结果偏差，保障检测结果的稳定性与可靠性；所有检测数据可与对应试验条件关联存储，便于后续结果追溯与批次性能比对。