一种复杂结构陶瓷基复合材料细观识别建模方法技术

本发明专利技术公开了一种复杂结构陶瓷基复合材料细观识别建模方法，属于三维模型重建领域，方法包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种复杂结构陶瓷基复合材料细观识别建模方法


[0001]本专利技术属于三维模型重建领域，涉及一种陶瓷基复合材料的建模方法，尤其涉及一种复杂结构陶瓷基复合材料细观识别建模方法
。

技术介绍

[0002]陶瓷基复合材料因具有良好的性能，被广泛应用于航空航天等领域
。
对于它的力学性能，尤其受到相关从业人员的关注，因此对于陶瓷基复合材料制作的试验件的力学性能的研究的方法和装备的要求也不断提高
。
而为了获得试验件的力学性能，就需要对其进行模型重建，然后再仿真计算
。
[0003]现有技术中的细观建模方法存在如下弊端：一方面，由于陶瓷基复合材料在航空领域多用于尾喷管
、
涡轮转子叶片等结构，这些结构的形状复杂，编织方式多样化，相比同样材料编织的平板部件而言其内部细观结构更加复杂，物理参数的各向异性更为突出，如果用平板建模方法，很可能在多处部位都无法完成初步对细观结构的识别；一方面，这类结构的体积较大，处理时间长，不适合使用传统的人工标记的方式建模；另一方面，目前有一种细观建模方法
(
贾蕴发
、
张盛
、
宋迎东
、
高希光
、
刘晨阳
、
王宇轩，一种变厚度曲面编制陶瓷基复合材料三维重建方法
)
考虑到计算每一张
CT
切片内所有纤维束的边缘和角度变化，运算量巨大，耗时过长，并且其中提到的将同一根纤维束截面在不同
CT
切片内标记为同样编号的功能，在实际操作中只适用于处理一部分排列规整的纤维束，当纤维束空间运动幅度较大时，或者出现增减纱现象时，这种方法并不能很好地解决问题
。
[0004]因此，为了在仿真试验中测出试验件真实的力学性能，就有必要研究出一种方法，使其能够应用于复杂陶瓷基复合材料的细观识别与建模，并且还能有效降低材料三维重建的时间
。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种复杂结构陶瓷基复合材料细观识别建模方法，以克服现有技术的缺陷
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供一种复杂结构陶瓷基复合材料细观识别建模方法，具有这样的特征：包括以下步骤：
[0007]S1、
对需要测试的陶瓷基复合材料试验件进行扫描，根据扫描结果从正视图方向导出若干张切片，记为“正视图”；
[0008]S2、
将
S1
获得的“正视图”中所有切片的经纱和纬纱标记为不同颜色，得到若干张新切片，记为“正视图识别”；
[0009]根据“正视图识别”的尺寸大小，导出若干张左视和俯视方向的视图，记为“正导左”和“正导俯”；
[0010]S3、
从
S2
获得的“正导左”和“正导俯”切片中分别提取纬纱和经纱，得到只含若干个纬纱椭圆状截面和经纱椭圆状截面的切片，分别记为“正导左纬纱”和“正导俯经纱”；
[0011]S4、
从
S3
获得的“正导左纬纱”和“正导俯经纱”中分别各节选出一部分切片
,
记为“纬纱节选”和“经纱节选”；
[0012]S5、
分别对“纬纱节选”和“经纱节选”中的每一根纤维束进行不同颜色的上色：以前一张切片作为基准切片，将本张切片中的每一根纤维束与基准切片中的每一根纤维束进行比较，若比较出属于同一根纤维束，则参照基准切片该纤维束的编号给予同一编号，若比较后属于新的纤维束
(
即比较后与基准切片的每一根纤维束均不属于同一根纤维束
)
，则给予新的编号；完成编号的切片作为基准切片对下一张切片的每一根纤维束进行编号；第一张切片作为基准切片时，直接对其每一根纤维束进行编号；以编号为自变量进行上色处理，使同一根纤维束在不同的切片内标记为同样的颜色；
[0013]S6、
根据不同颜色，分别在空间中建出所有单根纤维束的模型，组合得到整个试验件的细观模型
。
[0014]进一步，本专利技术提供一种复杂结构陶瓷基复合材料细观识别建模方法，还可以具有这样的特征：其中，
S1
的具体方法为：采用计算机断层扫描设备对需要测试的陶瓷基复合材料试验件进行扫描，获得空间大小为
x*y*z
的原始三维数据；在
VG
软件中打开原始三维数据，从正视图方向导出若干张切片，每张切片厚度相等，记为“正视图”，其中灰色部分为纤维束，黑色部分为孔隙
。
[0015]进一步，本专利技术提供一种复杂结构陶瓷基复合材料细观识别建模方法，还可以具有这样的特征：其中，
S2
中所述正视图识别的获取方法为：将
S1
获得的“正视图”中所有切片采用梯度结构张量法进行标记，由于梯度的不同，经纱被标记成红色，纬纱被标记成蓝色，得到若干张新切片，记为“正视图识别”。
[0016]进一步，本专利技术提供一种复杂结构陶瓷基复合材料细观识别建模方法，还可以具有这样的特征：其中，
S3
中，在提取前，将
S2
获得的“正导左”和“正导俯”中所有切片进行直方图均衡化处理，使得经纱和纬纱的颜色对比更加明显
。
[0017]进一步，本专利技术提供一种复杂结构陶瓷基复合材料细观识别建模方法，还可以具有这样的特征：其中，
S3
中，通过设定不同的
HSV
颜色空间阈值分别提取不同颜色的纬纱和经纱
。
[0018]进一步，本专利技术提供一种复杂结构陶瓷基复合材料细观识别建模方法，还可以具有这样的特征：其中，
S4
中，从
S3
获得的“正导左纬纱”和“正导俯经纱”中节选切片时，每张切片在原切片组
(
即“正导左纬纱”/“正导俯经纱”)
中的间距相等
。
[0019]进一步，本专利技术提供一种复杂结构陶瓷基复合材料细观识别建模方法，还可以具有这样的特征：其中，
S4
中，节选后，对切片进行修正，包括：去除噪点
、
修补空缺
、
分离开粘连在一起的纱线
。
[0020]进一步，本专利技术提供一种复杂结构陶瓷基复合材料细观识别建模方法，还可以具有这样的特征：其中，
S5
中，所述对“纬纱节选”和“经纱节选”中的每一根纤维束进行不同颜色的上色的具体方法为：用连通区域标记法对每一张切片进行标记，每一张切片的每一根纤维束截面均得到区域编号和重心坐标；以第一张切片作为基准切片，将每一根纤维束截面的区域编号
、
重心横坐标和重心纵坐标存放进一个“公用数组”，记为“table[][]”；在读取第二张以及之后的切片时，生成一个新的数组存放当前切片每一根纤维束截面的区域编号
、
重心横坐标和重心纵坐标，记为“tb[][]”；从数组...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种复杂结构陶瓷基复合材料细观识别建模方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、
对需要测试的陶瓷基复合材料试验件进行扫描，根据扫描结果从正视图方向导出若干张切片，记为“正视图”；
S2、
将
S1
获得的“正视图”中所有切片的经纱和纬纱标记为不同颜色，得到若干张新切片，记为“正视图识别”；根据“正视图识别”的尺寸大小，导出若干张左视和俯视方向的视图，记为“正导左”和“正导俯”；
S3、
从
S2
获得的“正导左”和“正导俯”切片中分别提取纬纱和经纱，得到只含若干个纬纱椭圆状截面和经纱椭圆状截面的切片，分别记为“正导左纬纱”和“正导俯经纱”；
S4、
从
S3
获得的“正导左纬纱”和“正导俯经纱”中分别各节选出一部分切片
,
记为“纬纱节选”和“经纱节选”；
S5、
分别对“纬纱节选”和“经纱节选”中的每一根纤维束进行不同颜色的上色：以前一张切片作为基准切片，将本张切片中的每一根纤维束与基准切片中的每一根纤维束进行比较，若比较出属于同一根纤维束，则参照基准切片该纤维束的编号给予同一编号，若比较后属于新的纤维束，则给予新的编号；完成编号的切片作为基准切片对下一张切片的每一根纤维束进行编号；第一张切片作为基准切片时，直接对其每一根纤维束进行编号；以编号为自变量进行上色处理，使同一根纤维束在不同的切片内标记为同样的颜色；
S6、
根据不同颜色，分别在空间中建出所有单根纤维束的模型，组合得到整个试验件的细观模型
。2.
根据权利要求1所述的复杂结构陶瓷基复合材料细观识别建模方法，其特征在于：其中，
S1
的具体方法为：采用计算机断层扫描设备对需要测试的陶瓷基复合材料试验件进行扫描，获得空间大小为
x*y*z
的原始三维数据；在
VG
软件中打开原始三维数据，从正视图方向导出若干张切片，每张切片厚度相等，记为“正视图”，其中灰色部分为纤维束，黑色部分为孔隙
。3.
根据权利要求1所述的复杂结构陶瓷基复合材料细观识别建模方法，其特征在于：其中，
S2
中所述正视图识别的获取方法为：将
S1
获得的“正视图”中所有切片采用梯度结构张量法进行标记，由于梯度的不同，经纱被标记成红色，纬纱被标记成蓝色，得到若干张新切片，记为“正视图识别”。4.
根据权利要求1所述的复杂结构陶瓷基复合材料细观识别建模方法，其特征在于：其中，
S3
中，在提取前，将
S2
获得的“正导左”和“正导俯”中所有切片进行直方图均衡化处理，使得经纱和纬纱的颜色对比更加明显
。5.
根据权利要求1所述的复杂结构陶瓷基复合材料细观识别建模方法，其特征在于：其中，
S3
中，通过设定不同的
HSV
颜色空间阈值分别提取不同颜色的纬纱和经纱
。6.
根据权利要求1所述的复杂结构陶瓷基复...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇轩，张盛，高希光，宋迎东，刘明琦，黄立博，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：