[發(fā)明專利]基于微結(jié)構(gòu)圖像識別的纖維增韌復合材料各向異性導熱系數(shù)預估方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410319004.6
• 申請日: 2014-07-04
• 公開（公告）號: CN104112069B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 屠澤燦;毛軍逵;江華;徐瑞;張凈玉
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;G06T7/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所32237
• 代理人: 賀翔

1.一種基于微結(jié)構(gòu)圖像識別的纖維增韌復合材料各向異性導熱系數(shù)預估方法，其特征在于：包括如下步驟

步驟一：利用微觀電鏡照片對纖維增韌復合材料進行測試，并得出纖維增韌復合材料內(nèi)部微結(jié)構(gòu)圖；

步驟二：采用數(shù)字圖像分割技術(shù)對纖維增韌復合材料內(nèi)部微結(jié)構(gòu)圖進行處理，辨別其中的纖維；

步驟三：在微結(jié)構(gòu)圖上選定一個角區(qū)，設(shè)置正方形取樣區(qū)域，并獲得區(qū)域內(nèi)纖維數(shù)目及分布規(guī)律，以及對應的體分比；

步驟四：按照10％的幅度增加正方形取樣區(qū)域范圍，并獲得區(qū)域內(nèi)纖維數(shù)目及分布規(guī)律，以及對應的體分比；

步驟五：判斷步驟四中體分比與步驟三中體分比的波動值是否小于5％，若小于5％，則繼續(xù)下一步，若不小于5％，則返回步驟四；

步驟六：在微結(jié)構(gòu)圖上繼續(xù)選定一個角區(qū)，設(shè)置正方形取樣區(qū)域，并獲得區(qū)域內(nèi)纖維數(shù)目及分布規(guī)律，以及對應的體分比；

步驟七：判斷是否完成5個位置的取樣，若是，則繼續(xù)下一步，若不是，則返回步驟六；

步驟八：按照最大原則，選定尺寸最大的微結(jié)構(gòu)正方形取樣尺寸，確定內(nèi)部纖維數(shù)目及排列，以及對應的體分比；

步驟九：根據(jù)步驟八中確定的體分比，再假設(shè)內(nèi)部纖維的位置隨機分布，并按照10％比例增加正方形取樣尺寸；

步驟十：利用VC++中rand函數(shù)生成隨機數(shù)作為纖維中心點x、y坐標值，當生成的纖維數(shù)達到體分比時，輸出所有纖維圓心點的坐標值，記錄下纖維圓心的位置、纖維的直徑、正方形取樣區(qū)域的幾何尺寸和邊界，利用有限元法計算內(nèi)部溫度分布，從而得到對應的導熱系數(shù)；

步驟十一：按照蒙特卡洛法計算3500個工況，獲得對應的導熱系數(shù)均值和均標準差；

步驟十二：判斷導熱系數(shù)均標準差是否小于0.01，若小于0.01則進行下一步，否則，返回步驟九；

步驟十三：確定最終的微結(jié)構(gòu)單元及其內(nèi)部纖維分布特性，再利用有限元法計算內(nèi)部溫度分布，通過計算得出微結(jié)構(gòu)單元的導熱系數(shù)，進而得出纖維增韌復合材料宏觀各向異性導熱系數(shù)。

2.如權(quán)利要求1所述的基于微結(jié)構(gòu)圖像識別的纖維增韌復合材料各向異性導熱系數(shù)預估方法，其特征在于：所述步驟十中具體包括如下步驟

(1)在識別的微結(jié)構(gòu)單元上下兩邊施加定溫邊界T1、T2，兩側(cè)施加絕熱邊界；

(2)利用有限元方法求得內(nèi)部溫度分布；

(3)接著由傅里葉公式可得有效導熱系數(shù)k

k＝qL/∣T1-T2∣

式中q為總熱流，∣T1-T2∣為邊界溫差絕對值，L為微結(jié)構(gòu)單元的邊長；

所述步驟(2)包括如下步驟：

①針對選定的計算區(qū)域，將其劃分為具有不同有限大小和形狀且彼此相連的有限個單元組成的離散域，即劃分網(wǎng)格；②然后根據(jù)要求解的物理問題，將其基本的物理控制方程在這些有限單元上進行離散，確定各單元之間的參數(shù)關(guān)系，即確定相應的系數(shù)矩陣；③利用這些網(wǎng)格和系數(shù)矩陣，加上求解域中設(shè)定的邊界條件，得到每一個有限單元內(nèi)的溫度參數(shù)，以獲得整個計算域中的溫度。