[發(fā)明專利]纖維增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型的建立方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110102902.2
• 申請(qǐng)日: 2011-04-24
• 公開（公告）號(hào): CN102157015A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林莉;張翔;陳軍;丁珊珊;李喜孟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T17/00
• 分類號(hào): G06T17/00;G01N15/08
• 代理公司: 大連星海專利事務(wù)所 21208
• 代理人: 花向陽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型的建立方法，其屬于復(fù)合材料無損檢測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

迄今為止，用于建立含孔隙的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料三維幾何模型的方法，均基于以下類似假設(shè)：所有孔隙為球形、半徑相等，均勻分布于介質(zhì)中；以孔隙率1.5％為界假定孔隙為球狀或圓盤狀且尺寸符合不同分布等。然而，實(shí)際纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中的孔隙尺寸變化范圍很大，形狀各異，分布也并不均勻。已有幾何模型不能全面、準(zhǔn)確地反映孔隙形貌及其隨機(jī)特性，導(dǎo)致孔隙率超聲檢測(cè)實(shí)驗(yàn)和理論分析之間存在較大偏差。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型的建立方法。該方法可精確建立纖維增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型，利用該模型可開展纖維增強(qiáng)復(fù)合材料孔隙的彈性性能分析，為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料孔隙率超聲無損檢測(cè)提供分析依據(jù)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型的建立方法，其特征在于：包括如下具體步驟：

(1)對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行解剖，通過金相法統(tǒng)計(jì)由孔隙長度、寬度和深度表示的孔隙率及孔隙分布特征；

(2)根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果初步選定自相關(guān)函數(shù)、自相關(guān)長度參數(shù)建立三維隨機(jī)介質(zhì)模型M(x，y，z)；

(3)利用極值搜索法改造所得的三維隨機(jī)介質(zhì)模型M(x，y，z)，建立三維隨機(jī)孔隙模型，極值搜索法包括如下具體步驟：

選定孔隙率P，將所得到的三維隨機(jī)介質(zhì)模型M(x，y，z)進(jìn)行以下操作：

①獲取該三維模型的所有節(jié)點(diǎn)數(shù)量L；

②將各節(jié)點(diǎn)按數(shù)值由大到小排列，放入一維數(shù)組H；

③獲取H中前L*P個(gè)節(jié)點(diǎn)在三維隨機(jī)介質(zhì)模型M(x，y，z)中的坐標(biāo)，放入一維數(shù)組Position；

④將M(x，y，z)中符合Position中所記錄坐標(biāo)的節(jié)點(diǎn)設(shè)為孔隙，其余設(shè)為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料；

(4)統(tǒng)計(jì)所得的三維隨機(jī)孔隙模型的孔隙率及孔隙分布特征；

(5)比較步驟(1)與(4)的數(shù)據(jù)，若二者差異小于2％，則得到纖維增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型，否則改變建立參數(shù)，重復(fù)步驟(2)-(5)。

本發(fā)明的有益效果是：這種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型的建立方法首先對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行解剖，通過金相法統(tǒng)計(jì)孔隙率及孔隙分布特征，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果建立三維隨機(jī)介質(zhì)模型M(x，y，z)；然后利用極值搜索法改造三維隨機(jī)介質(zhì)模型M(x，y，z)，建立三維隨機(jī)孔隙模型，統(tǒng)計(jì)三維隨機(jī)孔隙模型的孔隙率及孔隙分布特征；最后對(duì)三組孔隙率及孔隙分布特征進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，若二者差異小于2％，則得到纖維增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型，該方法可精確建立纖維增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型，利用該模型可開展纖維增強(qiáng)復(fù)合材料孔隙的彈性性能分析，為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料孔隙率超聲無損檢測(cè)提供分析依據(jù)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

圖1為一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型的建立方法的流程圖。

圖2為碳纖維單向增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型，建立參數(shù)為：高斯型自相關(guān)函數(shù)；a＝20，b＝20，c＝20；P＝1.0％。

圖3為碳纖維單向增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型透視圖，建立參數(shù)為：高斯型自相關(guān)函數(shù)；a＝20，b＝20，c＝20；P＝1.0％。

具體實(shí)施方式

圖1為一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型的建立方法的流程圖。下面以碳纖維單向增強(qiáng)復(fù)合材料為例，介紹隨機(jī)孔隙模型建立的具體實(shí)施方式：

(1)將碳纖維單向增強(qiáng)復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)試樣沿與纖維垂直方向解剖，使用金相顯微鏡觀察并統(tǒng)計(jì)截面孔隙率和每個(gè)孔隙的長度，寬度，深度。重復(fù)上述步驟20次以上，以得到標(biāo)準(zhǔn)試樣的體積孔隙率及孔隙特征的樣本空間；

(2)選取高斯型自相關(guān)函數(shù)：其中a，b，c為自相關(guān)長度，初步取值為：a＝20，b＝20，c＝20；將進(jìn)行三維快速傅里葉變換得到生成三維隨機(jī)場(chǎng)θ∈[0，2π]；構(gòu)造隨機(jī)功率譜對(duì)隨機(jī)功率譜做傅里葉逆變換，得到隨機(jī)擾動(dòng)δM(x，y，z)；利用公式M(x，y，z)＝M₀+δM(x，y，z)得到隨機(jī)介質(zhì)模型。其中，M可為密度、拉梅參數(shù)或聲速等參量，M₀為M在大尺度不均勻性上的平均值，以縱波聲速為例取值為M₀＝2.6km/s；

(3)選定孔隙率P＝1.0％；對(duì)M(x，y，z)進(jìn)行以下操作：

①獲取該區(qū)域所有節(jié)點(diǎn)數(shù)量L；