[发明专利]一种纤维预制体建模方法

说明书

本发明涉及一种纤维预制体建模方法，先对纤维预制体CT图像中每个纱线截面标记质心以及轮廓点坐标，然后跟踪每一根纱线截面在CT图像中的位置，并将质心及轮廓点信息进行匹配；使用多项式函数拟合每一根纱线质心与轮廓点坐标使纱线路径变得平滑；抑制纱线实体间出现干涉的现象，先抑制经纱或纬纱自身之间的干涉，再抑制经纱与纬纱之间的干涉，最后生成纺织复合材料模型。本发明基于纤维预制体的CT图像进行模型建立，具有更高的仿真精度，且模型适应性更强，所建立的模型精度可自行修改；同时，还通过对纤维束截面间重叠区域的轮廓点确定，以及对轮廓点的偏移处理，抑制了模型中发生的重叠干涉问题，为后续模型网格的划分排除了干扰。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种纤维预制体建模方法。

背景技术

纺织复合材料因其强度重量比大，高机械性能，可定制性，材料的多功能性等常用于高新行业中。通过改变机织织物复合材料中的编织图案和织物结构，就可以获得一系列不同力学性能的材料以应用于不同的领域。然而，纺织复合材料的不同细观结构对其复合材料的力学性能有着很大的影响，因其复杂的结构在很多应用中难以预测其力学性能和使用寿命，因此，对复合纺织材料进行建模仿真就成为研究复合材料力学性能和损伤演变的有效手段。

在传统的建模方法中，主要以考虑纤维束在空间上的编织结构为主，模型中给出的纤维束截面用椭圆或圆等几何图形代替，这种具有规则截面的理想模型并不能真实反映出复合材料在受到外力载荷时的微观几何应力应变情况。另外，复合材料在受到外力荷载时会发生几何变形，导致复合材料内部出现干涉缺陷，现有建模方法中也并未考虑此干涉问题。综上所述，现有建模方法存在以上不足，常导致数据模拟输出结果与实验结果存在较大出入。

发明内容

本发明公开了一种纤维预制体建模方法，基于纤维预制体的CT图像进行模型建立，能够还原纤维预制体中纤维束的真实形态，并且还解决了纤维束间发生的干涉问题，令模型的仿真精度更高。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种纤维预制体建模方法，包括：

步骤1：获取纤维预制体的CT图像，并提取CT图像中每个纤维束的截面数据，计算每个纤维束横截面的质心坐标及轮廓点坐标；

步骤2：对CT图像中纤维束截面信息进行匹配，确定截面隶属的纤维束实体，令相匹配的截面，质心坐标与轮廓点坐标一一对应；

步骤3：对截面的质心坐标及轮廓点坐标在纤维束轴向方向上用多项式函数拟合；

步骤4：寻找CT图像中经纱纤维束截面间发生重叠的截面以及纬纱纤维束截面间发生重叠的截面，修改发生重叠截面的坐标数据，避免经纱实体之间模型重叠以及避免纬纱实体之间模型重叠；

步骤5：寻找CT图像中经纱纤维束截面与纬纱纤维束截面发生重叠的对应截面，修改发生重叠截面的坐标数据，避免经纱实体与纬纱实体之间模型重叠；

步骤6：将处理后的数据生成纤维预制体模型。

进一步，所述步骤1中，CT图像中截面的质心坐标按下列公式计算获得：

M_ji＝∑_x，y(array(x，y)*x^j*yⁱ) (公式1)

上式中，M为图像矩，array(x，y)为图像(x，y)处的像素值，C_x为质心的x坐标，C_y为质心的y坐标；