[發(fā)明專利]一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加工效果評(píng)價(jià)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710096197.7
• 申請(qǐng)日: 2017-02-23
• 公開（公告）號(hào): CN106940318B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈振元;楊帆;王福吉;殷俊偉;陳晨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/88
• 分類號(hào): G01N21/88
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 關(guān)慧貞

本發(fā)明一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加工效果評(píng)價(jià)方法屬于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加工損傷評(píng)價(jià)領(lǐng)域，特別涉及一種碳纖維復(fù)合材料表層損傷面積的快速提取及評(píng)價(jià)方法。該方法采用數(shù)字圖像處理技術(shù)分析和計(jì)算損傷區(qū)域的面積，損傷程度按照公式計(jì)算求出。首先進(jìn)行像素標(biāo)定，然后用彩色平板掃描儀獲取被加工材料銑削前和銑削后的數(shù)字圖像，將銑削前后圖像的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行相減并顯示出相減后的結(jié)果，確定損傷區(qū)域面積并計(jì)算損傷因子。該方法能夠?qū)μ祭w維復(fù)合材料的加工損傷進(jìn)行快速的評(píng)價(jià)，計(jì)算方法簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)成本低。測(cè)量方法簡(jiǎn)單，對(duì)測(cè)量人員的要求低；同時(shí)，該方法對(duì)所需測(cè)量尺寸的依賴性低，從而增加了結(jié)果的可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

發(fā)明屬于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加工損傷評(píng)價(jià)領(lǐng)域，特別涉及一種碳纖維復(fù)合材料表層損傷面積的快速提取及評(píng)價(jià)方法。

背景技術(shù)

碳纖維復(fù)合材料(CFRP)具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕、可整體制造等諸多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、船舶等領(lǐng)域。然而，為了滿足復(fù)合材料構(gòu)件的連接裝配需求，仍需進(jìn)行大量的精加工。而銑削是工業(yè)中普遍使用的精加工方法。但是，CFRP在銑削時(shí)極易產(chǎn)生分層、毛刺等加工損傷，并且這些損傷多出現(xiàn)在表層，影響承載性能。因此，為了對(duì)不同工藝參數(shù)及刀具幾何結(jié)構(gòu)下的復(fù)合材料加工效果進(jìn)行比較，以選取合適的刀具幾何及切削參數(shù)，需要獲得加工損傷的程度并建立相應(yīng)的量化標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而通過數(shù)值計(jì)算表征銑削復(fù)合材料之后的表層材料損傷程度。

2005年Davim等在《JOURNAL OF MATERIALS PROCESSING TECHNOLOGY》第160期160到167頁發(fā)表的《Damage and dimensionalprecision on milling carbon fiber-reinforcedplastics using design experiments》一文中采用一維損傷因子(F_d)對(duì)銑削損傷程度進(jìn)行了表征，該一維損傷因子的計(jì)算表達(dá)式為：即最大損傷深度W_max和徑向切深W之商。該方法雖然操作簡(jiǎn)單、便于工程技術(shù)人員掌握，但不可避免地會(huì)引入人為測(cè)量誤差。此外，該方法僅適用于損傷區(qū)形狀較為規(guī)則的情況。然而，銑削加工復(fù)合材料之后，表層損傷通常是由未切斷纖維，細(xì)小裂紋以及材料缺失等組成，加工后的復(fù)合材料損傷形狀不規(guī)則、出現(xiàn)頻率不均勻。在這種情況下，若繼續(xù)使用一維損傷因子，極有可能出現(xiàn)兩種不同的損傷程度卻具有相同的一維損傷因子的情況，計(jì)算結(jié)果可靠性較差。2016年上海交通大學(xué)安慶龍等人在專利《碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料單向?qū)雍习逯瓶椎姆謱尤毕菰u(píng)價(jià)方法》，申請(qǐng)?zhí)枺篊N201610111299.7中，針對(duì)鉆削碳纖維復(fù)合材料分層損傷，通過引入不同層的分層損傷體積來描述鉆削分層損傷的程度。但是，由于該方法所用設(shè)備價(jià)格昂貴，且對(duì)操作人員的專業(yè)技術(shù)水平要求很高，不適合大范圍推廣應(yīng)用。此外，該方法無法描述孔壁表層的毛刺損傷程度，因此無法實(shí)現(xiàn)全面評(píng)價(jià)鉆削加工效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，特別是現(xiàn)有一維損傷因子表征損傷的不足和分層損傷方法的局限性，發(fā)明了一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加工效果評(píng)價(jià)方法，該方法采用數(shù)字圖像處理技術(shù)分析和計(jì)算損傷區(qū)域的面積，該方法是一種經(jīng)濟(jì)、快捷、準(zhǔn)確的碳纖維復(fù)合材料加工損傷評(píng)價(jià)方法，有效地表征了加工效果。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加工效果評(píng)價(jià)方法，其特征是，該方法采用數(shù)字圖像處理技術(shù)分析，計(jì)算損傷區(qū)域的面積，損傷程度按照公式計(jì)算求出。首先進(jìn)行像素標(biāo)定，然后用彩色平板掃描儀獲取被加工材料銑削前和銑削后的數(shù)字圖像，將銑削前后圖像的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行相減，并顯示出相減后的結(jié)果，確定損傷區(qū)域面積并計(jì)算損傷因子；

方法的具體步驟如下：

步驟1.像素標(biāo)定

用一個(gè)相機(jī)專用標(biāo)定板來確定物理尺寸和像素間的換算關(guān)系，在彩色平板掃描儀掃描處理得到的圖像中選擇一個(gè)特定圓形面積S，計(jì)算該圓形面積中含有的像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)n，則單個(gè)像素所代表的面積大小S₀，通過公式(1)計(jì)算出：

S₀＝S/n (1)