[發明專利]一種孔隙尺寸離散度大的纖維增強復合材料二維隨機孔隙模型建立方法

無效

• 申請號: 201210015957.4
• 申請日: 2012-01-17
• 公開（公告）號: CN102542587A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 林莉;梁向雨;羅忠兵;陳軍;李喜孟
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G01N15/08
• 代理公司: 大連星海專利事務所 21208
• 代理人: 花向陽

技術領域

本發明涉及一種孔隙尺寸離散度大的纖維增強復合材料二維隨機孔隙模型的建立方法，其屬于復合材料無損檢測與評價技術領域。

背景技術

迄今為止，用于描述含孔隙纖維增強復合材料的二維幾何模型可分為兩類。第一類模型基于以下類似假設：所有孔隙為規則形狀，如球形或圓盤形，孔隙尺寸相等，且均勻分布于介質中，等等。然而，實際纖維增強復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。此類幾何模型不能全面、準確地反映孔隙形貌及其隨機特性，導致孔隙率超聲檢測實驗和理論分析之間存在較大偏差。第二類模型基于隨機介質理論和統計學方法，依據孔隙率和所有孔隙尺寸的統計結果，利用極值搜索法對隨機介質模型進行改造，建立二維隨機孔隙模型，該模型能夠較好地描述孔隙在形狀、尺寸、取向及分布等方面的隨機性，與實際孔隙之間的幾何相似性較好。然而，針對孔隙尺寸離散度大的纖維增強復合材料，利用上述的隨機孔隙模型會造成大尺寸孔隙信息缺失，由于大尺寸孔隙對超聲檢測結果影響較大，導致實驗和理論分析之間偏差較大。

發明內容

為了克服上述隨機孔隙模型中存在的問題，本發明提供一種孔隙尺寸離散度大的纖維增強復合材料二維隨機孔隙模型的建立方法。該方法可精確建立纖維增強復合材料二維隨機孔隙模型，利用該模型可開展孔隙尺寸離散度大的纖維增強復合材料性能分析，為纖維增強復合材料孔隙率超聲無損檢測提供分析依據。

本發明的技術方案是：一種孔隙尺寸離散度大的纖維增強復合材料二維隨機孔隙模型的建立方法如下具體步驟：

(1)對纖維增強復合材料被測樣品進行解剖，通過金相法統計孔隙率及孔隙尺寸特征；

(2)按照孔隙長度對所有孔隙進行級別劃分，統計各級別孔隙的孔隙率及孔隙尺寸特征；

(3)根據各級別孔隙尺寸特征的統計結果初步選定自相關函數、自相關長度參數建立二維隨機介質模型M(x，z)；

(4)利用極值搜索法改造所得各級別孔隙的二維隨機介質模型M(x，y)，建立二維隨機孔隙模型，極值搜索法包括如下具體步驟：

選定孔隙率P，將所得到的二維隨機介質模型M(x，y)進行以下操作：

①獲取該區域的所有節點數量L；

②將各節點按數值由大到小排列，放入一維數組H；

③獲取H中前L*P個節點在二維隨機介質模型M(x，z)中的坐標，放入一維數組Position；

④將M(x，z)中符合Position中所記錄坐標的節點設為孔隙，其余設為纖維增強復合材料；

(5)統計所得各級別孔隙二維隨機孔隙模型的孔隙尺寸；

(6)比較步驟(2)與(5)的數據，若二者差異小于2％，則得到各級別孔隙的二維隨機孔隙模型，否則改變建立參數，重復步驟(3)-(6)。

(7)將各級別孔隙的二維隨機孔隙模型形貌圖像進行疊加，得到被測樣品二維隨機孔隙模型。

本發明的有益效果是：該模型的建立方法首先對纖維增強復合材料標準樣品進行解剖，通過金相法統計孔隙率及孔隙形貌特征，并將孔隙按照孔隙長度劃分級別，根據各級別孔隙的孔隙率及孔隙尺寸統計結果分別建立對應的二維隨機介質模型M(x，z)；然后利用極值搜索法改造該模型，建立二維隨機孔隙模型，并統計模型中的孔隙尺寸；對隨機孔隙模型和金相分析得到的各級別孔隙尺寸特征統計結果進行比較，若二者差異小于2％，則得到各級別孔隙二維隨機孔隙模型；最后將各級別孔隙的二維隨機孔隙模型形貌圖像進行疊加，則可得到纖維增強復合材料二維隨機孔隙模型，該方法可精確建立纖維增強復合材料二維隨機孔隙模型，利用該模型可開展孔隙尺寸離散度大的纖維增強復合材料孔隙的物理及力學性能分析，為纖維增強復合材料孔隙率超聲無損檢測提供分析依據。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

圖1為一種含大量微小孔隙的纖維增強復合材料二維隨機孔隙模型的建立方法的流程圖。

圖2為兩個級別孔隙的二維隨機孔隙模型(a)、(b)及疊加后的隨機孔隙模型(c)，建立參數為：高斯型自相關函數；一級孔隙：a＝4.4μm，b＝3.6μm，P＝2.08％；二級孔隙：a＝22μm，b＝10.1μm，P＝2％。

具體實施方式

圖1為一種含大量微小孔隙的纖維增強復合材料二維隨機孔隙模型的建立方法的流程圖。下面以含大量微小孔隙的碳纖維增強復合材料為例，介紹隨機孔隙模型建立的具體實施方式：