本發(fā)明涉及檢測，尤其涉及一種聚氨酯材料的性能檢測方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、聚氨酯材料憑借其優(yōu)異的柔韌性、耐磨性和環(huán)境適應(yīng)性，在可折疊電子設(shè)備鉸鏈、汽車動態(tài)密封件等精密領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著柔性電子器件向超薄化、高頻次彎折方向發(fā)展，以及汽車輕量化對密封系統(tǒng)動態(tài)耐久性要求的提升，傳統(tǒng)靜態(tài)力學(xué)性能指標(biāo)（如拉伸強度、硬度）已無法滿足材料在復(fù)雜交變應(yīng)力下的性能評價需求。尤其在鉸鏈每日千次級彎折、密封件長期振動壓縮等極端工況下，材料微觀損傷累積與宏觀性能衰退的關(guān)聯(lián)機制成為制約產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵瓶頸。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，聚氨酯材料的性能檢測多采用單軸拉伸試驗機結(jié)合數(shù)碼顯微鏡的靜態(tài)觀測方案，例如通過測量斷裂伸長率、彈性回復(fù)率等參數(shù)評估柔性性能。此類方法存在動態(tài)場景適配性不足的核心缺陷：其單軸加載模式無法模擬真實應(yīng)用中的多向復(fù)合應(yīng)力，導(dǎo)致檢測結(jié)果與實際工況偏差高達30%-50%；同時，靜態(tài)參數(shù)無法表征材料在循環(huán)載荷下的性能衰減規(guī)律，難以預(yù)測裂紋萌生位置及壽命終結(jié)點。這一缺陷使得傳統(tǒng)檢測方法在可折疊手機轉(zhuǎn)軸材料選型、新能源汽車電池包柔性密封件驗證等場景中，存在嚴(yán)重的設(shè)計指導(dǎo)盲區(qū)，亟需發(fā)展能夠復(fù)現(xiàn)動態(tài)工況的多維度檢測技術(shù)。

3、鑒于此，需要對現(xiàn)有技術(shù)中的聚氨酯材料的性能檢測技術(shù)加以改進，以解決其檢測維度單一，準(zhǔn)確度較低的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種聚氨酯材料的性能檢測方法及裝置，解決以上的技術(shù)問題。

2、為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一種聚氨酯材料的性能檢測方法，包括：

4、在預(yù)設(shè)的檢測環(huán)境中，將條狀待測聚氨酯材料裝夾于多軸形變加載平臺，通過協(xié)同控制模擬目標(biāo)應(yīng)用場景的受力作用，并記錄形變過程中的實時溫度變化；

5、采用視覺單元捕獲材料表面微觀形貌的時序圖像，同步通過分布式應(yīng)變傳感陣列采集內(nèi)部應(yīng)變分布數(shù)據(jù)，結(jié)合壓電式力學(xué)傳感器獲取動態(tài)應(yīng)力響應(yīng)譜，生成多模態(tài)形變特征數(shù)據(jù)集；

6、對所述時序圖像執(zhí)行裂紋密度與紋理取向分析，提取裂紋擴展速率及方向一致性系數(shù)，同時對內(nèi)部應(yīng)變數(shù)據(jù)進行三維形變場重構(gòu)，標(biāo)記應(yīng)變集中區(qū)域的坐標(biāo)及應(yīng)變梯度變化量；

7、基于動態(tài)應(yīng)力響應(yīng)譜計算表觀彈性模量衰減率，結(jié)合裂紋擴展速率與應(yīng)變梯度變化量，建立材料性能退化模型，并關(guān)聯(lián)目標(biāo)應(yīng)用場景的循環(huán)壽命預(yù)測方程；

8、根據(jù)裂紋密度、方向一致性系數(shù)及表觀彈性模量衰減率，通過加權(quán)融合算法生成動態(tài)柔性性能指數(shù)，并依據(jù)預(yù)設(shè)的場景適配度閾值對材料進行分級評價。

9、可選的，所述在預(yù)設(shè)的檢測環(huán)境中，將條狀待測聚氨酯材料裝夾于多軸形變加載平臺，通過協(xié)同控制模擬目標(biāo)應(yīng)用場景的受力作用，并記錄形變過程中的實時溫度變化，具體包括：

10、在恒溫環(huán)境箱中搭建多軸形變加載平臺，將條狀待測聚氨酯材料兩端夾持于氣動夾具，所述氣動夾具表面包覆聚四氟乙烯防滑層，并通過激光對位儀校準(zhǔn)材料裝夾軸線與平臺基準(zhǔn)面的空間角度偏差；

11、基于目標(biāo)應(yīng)用場景的工況參數(shù)設(shè)定加載模式；

12、通過伺服電機驅(qū)動軸向拉伸單元，按預(yù)設(shè)拉伸速率施加線性拉伸應(yīng)力，同時由氣動驅(qū)動裝置控制多向彎折模塊，在材料中段生成動態(tài)彎折形變；

13、采用閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)同步調(diào)節(jié)拉伸、彎折及按壓動作的相位關(guān)系，并根據(jù)相位關(guān)系觸發(fā)保護機制，所述保護機制包括：當(dāng)檢測到材料屈服點時，自動降低拉伸速率至設(shè)定值的50%，并在彎折角度達到閾值時觸發(fā)壓頭回撤保護機制；

14、在材料表面貼裝溫度傳感陣列，以預(yù)設(shè)采樣頻率記錄形變檢測時的溫度波動數(shù)據(jù)，生成溫度-形變時序關(guān)聯(lián)曲線。

15、可選的，所述溫度傳感陣列由16個薄膜傳感器組成，16個所述薄膜傳感器以蛇形走線布局覆蓋拉伸區(qū)、彎折區(qū)及按壓點；其中，所述薄膜傳感器為pt100薄膜傳感器。

16、可選的，所述采用視覺單元捕獲材料表面微觀形貌的時序圖像，同步通過分布式應(yīng)變傳感陣列采集內(nèi)部應(yīng)變分布數(shù)據(jù)，結(jié)合壓電式力學(xué)傳感器獲取動態(tài)應(yīng)力響應(yīng)譜，生成多模態(tài)形變特征數(shù)據(jù)集，具體包括：

17、在材料表面部署成像系統(tǒng)，采用偏振光源以預(yù)設(shè)入射角照射待測區(qū)域，調(diào)節(jié)偏振方向與材料拉伸軸向成預(yù)設(shè)夾角，捕獲表面微觀形貌的時序圖像；

18、沿材料內(nèi)部預(yù)埋分布式光柵陣列，通過解調(diào)儀實時監(jiān)測各光柵節(jié)點的應(yīng)變值，生成軸向、徑向及切向的三維應(yīng)變分布數(shù)據(jù)集；

19、在材料夾持端與彎折區(qū)域安裝壓電式力學(xué)傳感器，通過抗混疊濾波器采集動態(tài)應(yīng)力譜，并同步記錄時間戳。

20、可選的，所述通過抗混疊濾波器采集動態(tài)應(yīng)力譜，并同步記錄時間戳，之后還包括：

21、建立多源數(shù)據(jù)同步融合機制：在加載平臺觸發(fā)形變動作時，向視覺單元、光纖解調(diào)儀及壓電傳感器發(fā)送硬件同步脈沖信號，使時序圖像、應(yīng)變數(shù)據(jù)與應(yīng)力譜的時間偏差處于允許范圍內(nèi)；

22、對采集數(shù)據(jù)進行預(yù)處理：對時序圖像執(zhí)行非均勻光照校正與運動模糊補償，采用中值濾波消除三維應(yīng)變分布數(shù)據(jù)集的瞬時噪聲，對動態(tài)應(yīng)力譜進行基線漂移修正與量綱歸一化；

23、將預(yù)處理后的表面圖像、三維應(yīng)變分布數(shù)據(jù)集及動態(tài)應(yīng)力譜按時間軸對齊，構(gòu)建包含空間坐標(biāo)、應(yīng)變梯度、應(yīng)力幅值及紋理特征向量的多模態(tài)形變特征數(shù)據(jù)庫。

24、可選的，所述對所述時序圖像執(zhí)行裂紋密度與紋理取向分析，提取裂紋擴展速率及方向一致性系數(shù)，同時對內(nèi)部應(yīng)變數(shù)據(jù)進行三維形變場重構(gòu)，標(biāo)記應(yīng)變集中區(qū)域的坐標(biāo)及應(yīng)變梯度變化量，具體包括：

25、對時序圖像執(zhí)行動態(tài)降噪處理，分離背景紋理與裂紋像素，并基于光流法補償材料形變引起的圖像位移偽影，生成去噪增強圖像集；

26、利用u-net網(wǎng)絡(luò)對去噪增強圖像集進行裂紋語義分割，設(shè)定裂紋長度閾值為50μm，提取各幀裂紋骨架線并計算分形維數(shù)，統(tǒng)計單位面積內(nèi)裂紋總長度生成裂紋密度熱力圖；

27、通過方向梯度直方圖分析裂紋骨架線走向，采用加權(quán)變換檢測主裂紋擴展方向，計算各向異性系數(shù)η=1-次主導(dǎo)方向能量/主方向能量；

28、對三維應(yīng)變分布數(shù)據(jù)集進行空間插值，重構(gòu)包含軸向、徑向及切向應(yīng)變分量的三維形變場，計算應(yīng)變梯度變化量，并識別應(yīng)變梯度變化率超過0.5%/mm2的局部區(qū)域，識別為應(yīng)變集中區(qū)域；

29、將應(yīng)變集中區(qū)域的坐標(biāo)映射至材料三維實體模型，計算各熱點區(qū)域的應(yīng)變能密度w=0.5σ·ε，生成應(yīng)變能密度云圖并與裂紋密度熱力圖進行空間配準(zhǔn)；

30、建立裂紋-應(yīng)變耦合分析矩陣，標(biāo)記同時滿足裂紋密度≥0.8mm/mm2且應(yīng)變能密度≥15kj/m3的危險區(qū)域坐標(biāo)，記錄其空間分布模式及應(yīng)變梯度變化量。

31、可選的，所述基于動態(tài)應(yīng)力響應(yīng)譜計算表觀彈性模量衰減率，結(jié)合裂紋擴展速率與應(yīng)變梯度變化量，建立材料性能退化模型，并關(guān)聯(lián)目標(biāo)應(yīng)用場景的循環(huán)壽命預(yù)測方程，具體包括：

32、對動態(tài)應(yīng)力響應(yīng)譜進行時域分段處理，基于形變加載特征劃分應(yīng)力松弛階段、穩(wěn)態(tài)保持階段及彈性回彈階段，計算各階段應(yīng)力衰減斜率與蠕變恢復(fù)率，生成模量衰減特征向量；

33、采用分段指數(shù)函數(shù)擬合表觀彈性模量衰減曲線，以相鄰形變周期的峰值應(yīng)力比值為衰減因子，通過非線性最小二乘法求解彈性模量衰減率的時變權(quán)重系數(shù)；

34、提取裂紋擴展速率的空間分布熱圖，計算裂紋主方向與應(yīng)變梯度矢量的夾角余弦值，標(biāo)記應(yīng)變梯度變化量超過預(yù)設(shè)變化閾值的三維坐標(biāo)點集；

35、構(gòu)建包含模量衰減率、裂紋-應(yīng)變耦合因子及局部梯度突變的性能退化微分方程，采用自適應(yīng)迭代法求解材料損傷累積速率；

36、基于目標(biāo)場景的典型載荷譜重構(gòu)加速老化試驗參數(shù)，將損傷累積速率代入paris-erdogan方程，建立考慮多軸應(yīng)力狀態(tài)的循環(huán)壽命預(yù)測模型；

37、通過抽樣模擬材料性能退化路徑，計算壽命預(yù)測值的置信區(qū)間，當(dāng)區(qū)間寬度超過預(yù)設(shè)閾值時觸發(fā)模型參數(shù)動態(tài)校準(zhǔn)機制。

38、可選的，根據(jù)裂紋密度、方向一致性系數(shù)及表觀彈性模量衰減率，通過加權(quán)融合算法生成動態(tài)柔性性能指數(shù)，并依據(jù)預(yù)設(shè)的場景適配度閾值對材料進行分級評價，具體包括：

39、對裂紋密度、方向一致性系數(shù)及表觀彈性模量衰減率進行歸一化處理，將裂紋密度轉(zhuǎn)換為0-1區(qū)間的相對損傷度，方向一致性系數(shù)按余弦相似性標(biāo)定匹配指數(shù)，模量衰減率映射至預(yù)設(shè)的劣化等級；

40、基于目標(biāo)應(yīng)用場景的失效模式庫，采用層次分析法分配權(quán)重系數(shù)；

41、構(gòu)建動態(tài)柔性性能指數(shù)計算模型：將歸一化參數(shù)與權(quán)重系數(shù)進行線性加權(quán)求和，疊加應(yīng)變能密度梯度的非線性修正項，生成綜合性能評分；

42、根據(jù)歷史測試數(shù)據(jù)與場景工況極限值設(shè)定適配度閾值；

43、將綜合評分與預(yù)設(shè)閾值相比較，根據(jù)比較結(jié)果執(zhí)行分級評價決策；

44、根據(jù)分級評價決策生成分級評價圖譜，將材料表面劃分為若干個網(wǎng)格單元，根據(jù)網(wǎng)格單元內(nèi)性能評分賦予紅-黃-綠三色預(yù)警標(biāo)識，并標(biāo)注優(yōu)先改進區(qū)域的空間坐標(biāo)及權(quán)重排序。

45、可選的，所述并依據(jù)預(yù)設(shè)的場景適配度閾值對材料進行分級評價，之后還包括：

46、將分級評價結(jié)果與形變場分布、壽命預(yù)測數(shù)據(jù)整合，生成包含三維損傷演化圖譜、工藝優(yōu)化建議及場景適配報告的可視化檢測文檔，并通過加密通道傳輸至終端交互界面。

47、本發(fā)明還提供了一種聚氨酯材料的性能檢測裝置，用于如上所述的聚氨酯材料的性能檢測方法，所述性能檢測裝置包括：

48、恒溫環(huán)境箱，所述恒溫環(huán)境箱內(nèi)設(shè)置有激光對位儀；

49、多軸形變加載平臺，設(shè)置有氣動夾具、軸向拉伸單元、多向彎折模塊和伺服電機；

50、多模態(tài)傳感模塊，包括視覺單元、溫度傳感陣列、壓電式力學(xué)傳感器和分布式光柵陣列；

51、數(shù)據(jù)處理單元，用于對獲取的溫度數(shù)據(jù)、時序圖像、應(yīng)變分布數(shù)據(jù)和動態(tài)應(yīng)力響應(yīng)譜進行數(shù)據(jù)處理，生成多模態(tài)形變特征數(shù)據(jù)集；

52、決策系統(tǒng)，用于搭載數(shù)據(jù)處理模型，并對材料進行分級評價。

53、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：首先，通過多軸形變加載平臺模擬目標(biāo)場景的復(fù)合應(yīng)力作用，觸發(fā)材料微觀損傷演化；利用視覺單元、應(yīng)變傳感陣列與壓電傳感器同步捕獲表面裂紋擴展、內(nèi)部應(yīng)變分布及動態(tài)力學(xué)響應(yīng)，構(gòu)建多模態(tài)特征數(shù)據(jù)集；對表面裂紋進行密度與取向分析，結(jié)合三維應(yīng)變場重構(gòu)，識別材料損傷熱點；基于動態(tài)應(yīng)力響應(yīng)譜計算彈性模量衰減率，建立性能退化模型并預(yù)測循環(huán)壽命；通過加權(quán)融合裂紋密度、方向一致性及模量衰減參數(shù)，生成動態(tài)柔性性能指數(shù)，實現(xiàn)材料場景適配度的量化評價；本方法將材料檢測從單一力學(xué)測試升級為多物理場耦合的智能評價體系，解決了傳統(tǒng)方法無法表征動態(tài)柔性性能與真實場景失配的技術(shù)問題，為多種應(yīng)用場景提供精準(zhǔn)可靠的檢測支撐。