[发明专利]一种基于拓扑特征的编织复合材料细观结构快速重构方法

摘要

本发明公开一种基于拓扑特征的编织复合材料细观结构快速重构方法，首先依据编织复合结构中纤维束和基体的拓扑特征进行几何建模，然后基于μCT断层扫描序列图像对拓扑特征进行辨识，提取特征的变化规律，最后对几何模型进行二次重构，完成细观结构的建模。相比于基于编织工艺参数的结构建模方式，它提高了重构模型与真实编织结构的吻合度，有助于提高后续对材料力学性能计算的准确度；而相比于直接依据μCT图像进行结构重建的方法，它简化了繁琐的点云数据处理过程，极大地降低了计算成本。

主权项

1.一种基于拓扑特征的编织复合材料细观结构快速重构方法，其特征在于，包括以下步骤：1)准备样品：制备尺寸适用于μCT测试的复合材料样品；2)编织体细观结构的参数化建模：假设编制过程稳定，编织结构均匀一致；纤维束截面近似为椭圆，以样条曲线作为纤维束的轴线，表示纤维束走向，针对不同编织方式的结构体进行参数化建模，建立编织体的拓扑模型；3)μCT系统扫描：利用高功率显微μCT系统对复合材料进行扫描，获得复合材料的点云数据；4)数据处理：利用ImageJ图像处理软件处理μCT系统扫描得到的原始数据，将raw文件转化为常用的png图形文件；5)细观结构的相成分辨识：不同的物质，X射线吸收系数不同，有复合材料的区域与没有复合材料的区域在μCT扫描图像中表现为灰度不同，根据灰度的不连续性识别出编织结构的各向纤维束；6)细观结构的纤维束特征辨识与提取：运用ImageJ软件中的测量工具获得不同空间位置处纤维束的束间距离和实际截面形状的特征参数与结构参数，再采用统计平均的处理方法，对实测参数的变化规律进行均一化处理；7)参数化模型的修正：依据提取的特征参数对参数化细观模型中纤维束的空间位置进行修改，沿纤维束走向修改纤维束横截面参数，以表现纤维束受挤压的变形程度，位置不同，纤维束变形程度不同，从而得到与真实结构有很高吻合度的细观模型。