[發(fā)明專利]一種三維編織復(fù)合材料預(yù)制體結(jié)構(gòu)的識(shí)別與建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810537212.1
• 申請(qǐng)日: 2018-05-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108717727B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高希光;周岳;宋迎東;田藝豪;杜澤群
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T17/00
• 分類號(hào): G06T17/00;G06T19/20
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

一種三維編織復(fù)合材料預(yù)制體結(jié)構(gòu)的識(shí)別與建模方法，包括以下步驟：根據(jù)預(yù)設(shè)幾何參數(shù)建立三維編織復(fù)合材料單胞理論模型；利用XCT技術(shù)獲得三維編織復(fù)合材料的XCT切片圖；選擇XCT切片圖中用于建模的與單胞理論模型相對(duì)應(yīng)的局部XCT切片圖；對(duì)局部XCT切片圖進(jìn)行閾值處理；對(duì)經(jīng)過(guò)閾值處理后的局部XCT切片圖進(jìn)行噪點(diǎn)去除；將上一步經(jīng)過(guò)處理后的局部XCT切片圖中的像素值與預(yù)設(shè)幾何參數(shù)的理論切片圖的像素值進(jìn)行比較計(jì)算，得出差異值；更改單胞理論模型預(yù)設(shè)值，通過(guò)優(yōu)化算法獲得幾何參數(shù)最優(yōu)解。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)三維編織復(fù)合材料的高精度建模，適用性更強(qiáng)，可以應(yīng)用于各種三維編織復(fù)合材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三維編織復(fù)合材料預(yù)制體結(jié)構(gòu)的識(shí)別與建模方法。

背景技術(shù)

三維編織復(fù)合材料是由三維編織物(預(yù)制件)增強(qiáng)的一種復(fù)合材料，其具有優(yōu)秀的層間性能和其他力學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域、軍事、能源等領(lǐng)域中。因此建立三維編織復(fù)合材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)的三維模型，對(duì)其進(jìn)行力學(xué)性能等研究非常必要。材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)的識(shí)別是本三維建模方法的重點(diǎn)，對(duì)編織材料進(jìn)行細(xì)觀識(shí)別可以判斷圖片不同區(qū)域所屬結(jié)構(gòu)，從而為三維建模提供依據(jù)。

一些學(xué)者通過(guò)計(jì)算纖維束中心在編織過(guò)程中的移動(dòng)軌跡，得到每條纖維束的位置坐標(biāo)，對(duì)三維編織復(fù)合材料進(jìn)行模型創(chuàng)建，如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01710388546.2，發(fā)明名稱為“三維編織復(fù)合材料六面體有限元模型自動(dòng)生成方法”。該方法通過(guò)輸入幾個(gè)簡(jiǎn)單的宏觀參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)三維編織復(fù)合材料的快速建模。但是此方法基于攜紗器的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行建模，沒(méi)有考慮真實(shí)情況下纖維束受到擠壓變形的復(fù)雜情況。

有學(xué)者通過(guò)XCT技術(shù)獲取了2.5維復(fù)合材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的數(shù)字化圖片，在對(duì)圖片進(jìn)行處理后，對(duì)所屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行識(shí)別，如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01610838554.8，發(fā)明名稱為“一種復(fù)合材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)圖形識(shí)別技術(shù)和三維建模方法”。該方法通過(guò)讀取XCT切片數(shù)據(jù)，基于真實(shí)狀態(tài)對(duì)2.5維編織復(fù)合材料進(jìn)行建模，但是該方法沒(méi)有與現(xiàn)有理論模型結(jié)合進(jìn)行建模，且只適用于2.5維復(fù)合材料。

陳城華通過(guò)Micro-CT技術(shù)獲得了三維四向碳/環(huán)氧編織復(fù)合材料的數(shù)字化圖片，利用“腐蝕閾值法”等方法對(duì)圖片進(jìn)行預(yù)處理，后通過(guò)圖像橢圓的特征對(duì)纖維束截面進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，將單根纖維束在各切片上的截面通過(guò)插值連接起來(lái)，能夠根據(jù)數(shù)字化圖片對(duì)預(yù)制體進(jìn)行三維建模。該方法同樣依賴于Micro-CT圖片和纖維束二維橫截面特征，沒(méi)有利用編織復(fù)合材料的三維模型假設(shè)。

由于制造與使用過(guò)程中的一些影響因素，三維編織復(fù)合材料往往存在各種變形和缺陷。現(xiàn)有的建模方法有的只基于理論模型，有的只基于XCT切片，通過(guò)識(shí)別后，進(jìn)行插值建模。目前國(guó)內(nèi)結(jié)合理論模型和XCT技術(shù)，對(duì)三維編織復(fù)合材料建模的研究較少，有待進(jìn)一步進(jìn)行研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種三維編織復(fù)合材料預(yù)制體結(jié)構(gòu)的識(shí)別與建模方法，實(shí)現(xiàn)三維編織材料模型的高精度重建。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種三維編織復(fù)合材料預(yù)制體結(jié)構(gòu)的識(shí)別與建模方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、根據(jù)預(yù)設(shè)幾何參數(shù)建立三維編織復(fù)合材料單胞理論模型；

步驟二、利用XCT技術(shù)獲得三維編織復(fù)合材料的XCT切片圖；

步驟三、選擇XCT切片圖中用于建模的與單胞理論模型相對(duì)應(yīng)的局部XCT切片圖；

步驟四、對(duì)局部XCT切片圖進(jìn)行閾值處理；

步驟五、對(duì)經(jīng)過(guò)閾值處理后的局部XCT切片圖進(jìn)行噪點(diǎn)去除；

步驟六、將上一步經(jīng)過(guò)處理后的局部XCT切片圖中的像素值與預(yù)設(shè)幾何參數(shù)的理論切片圖的像素值進(jìn)行比較計(jì)算，得出差異值；

步驟七、更改單胞理論模型預(yù)設(shè)值，通過(guò)優(yōu)化算法獲得幾何參數(shù)最優(yōu)解。