[发明专利]一种复合材料细观结构的计算机图形识别方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，尤其指代一种2.5维复合材料细观结构计算机图形识别与三维模型建模方法。

背景技术

2.5D纤维增强复合材料具有高比刚度、比强度的特点，且具有良好的抗分层特性，广泛应用于军事、能源及交通运输等行业。细观结构的识别是2.5维复合材料结构设计的重要环节。细观识别过程一般采用无损检测方法获得材料细观结构的数字化图像，然后通过计算机技术识别出各类组分结构。以它为基础可以建立材料的细观力学模型，进行材料的力学性能和破坏计算，也可以用来检测材料细观结构是否符合设计要求。

一些学者采用电镜获得复合材料的微观结构照片，然后通过灰度图像分割技术识别出纤维丝，如：中国专利申请号为201410319004.6，发明名称为“基于微结构图像识别的纤维增韧复合材料各向异性导热系数预估方法”，由于电镜仅能得到材料表面形貌的数字图像，这种方法无法用来建立材料内部结构的三维模型。此外，2.5维复合材料中经纱和纬纱的灰度值基本接近，仅仅采用灰度图像分割技术并不能区分出经纱和纬纱。

另外一些学者采用XCT技术获得复合材料的内部图像，然后通过像素的灰度值计算出各组分在该像素所占的比例，如：中国专利申请号为：201410091284.X，发明名称为“纤维增强复合材料等效弹性参数的计算方法”，这种方法采用了XCT技术获得内部三维结构的数字化图像，可以用来建立复合材料细观结构的三维模型，但是需要实现通过人工方法对经纱和纬纱进行标记，工作量巨大。

由于复合材料细观结构的复杂性和随机特性，其细观结构的数字图像通常杂乱无章，不同组分之间的灰度值及数字特征非常接近甚至基本相同；这种特性使得采用计算机技术识别复合材料的细观结构变得十分困难。国内外很少有关于2.5维复合材料细观结构计算机图形识别技术的公开报道。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种复合材料细观结构的计算机图形识别方法，以解决现有技术中识别复合材料的细观结构十分困难的问题，本发明的方法无需人工干预，可建立复合材料细观结构的三维模型，且可由计算机自动识别出经纱、纬纱和基体。

为达到上述目的，本发明的一种复合材料细观结构的计算机图形识别方法，包括步骤如下：

1)采用X光计算机断层扫描技术得到2.5维复合材料的细观结构图片，所述的图片的面外方向与纬纱的轴向平行，并且图片的长度方向与材料的长度方向平行；

2)采用阈值分割技术识别出基体区域，并对每个独立的基体区域进行编号；

3)将每个基体区域作为扭曲的四边形结构处理，识别出每个基体区域的四条边界，并分别对基体区域的上、左、下和右边界进行标记；

4)利用基体区域左右对称的规律，找到与左边基体区域配对的基体区域；

5)利用基体区域从上往下移动等间距分布的规律，将左右对称的基体区域上下边界分别作为经纱区域的下边界和上边界的一部分，以每一组对称基体区域的上下边界为样本点，通过样条拟合得到经纱区域完整的边界；

6)每一组对称基体区域中，由左边基体区域的边界、右边基体区域的边界以及上下经纱边界线之间包围的区域为纬纱区域，完成组分的识别；

7)将每一幅经过识别的图片堆叠起来，建立2.5维内部细观结构的三维模型。

本发明的有益效果：

1、本发明采用XCT技术获取细观结构数字化图片，可建立材料细观结构三维模型，克服了基于电镜的识别方法只能用于建立二维模型的缺点。

2、本发明将组分材料的灰度特征和形状特征，可精确识别出经纱、纬纱和基体，克服了已有的基于灰度图像的识别方法无法识别具有相近灰度特征的组分的缺点。

3、本发明实现了计算机自动识别，无需人工干预，不仅大大降低了工作量，而且避免了人为因素对识别结果的影响。

附图说明

图1为2.5维编织复合材料XCT图片示意图。

图2为采用阈值分割并对独立基体区域进行编号后的结果示意图。

图3为用A、B、C和D标记的基体区域的上、左、下和右边界的示意图。

图4为左右对称的基体区域的示意图。

图5为经纱区域完整的边界的示意图。

图6为完成组分识别后的单个切片示意图。

图7为将所有切片层叠后得到的三维模型示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。