[發明專利]一種編織陶瓷基復合材料單束纖維分割及模型重建方法

有效

• 申請號: 202011187154.8
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112250462B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 賈蘊發;宋迎東;高希光;董成乾;于國強;孟維康
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06T7/13
• 分類號: G06T7/13
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 張明浩

本發明一種編織陶瓷基復合材料單束纖維分割及模型重建方法，屬于編織陶瓷基復合材料有限元模型重建領域，本發明通過多視圖信息共享以及連通區域面積統計法處理結構張量識別完成的XCT切片，通過分水嶺分割算法準確識別出XCT切片側視圖中紗線的邊緣，結合手動標記添加固定間隔切片中擁簇纖維束之間的邊緣，并通過邊緣等效映射方法，可直接獲得全部切片側視圖的纖維束邊緣，標記的邊緣準確度高。通過形態學操作以及連通區域標記法為XCT切片側視圖中的纖維束進行標記，并將標記值以灰度值的形式賦予每一束纖維，顯示在紗線中心；并結合人工判斷，進行錯誤標記的修正，步驟操作簡單，適用性強。

技術領域

本發明屬于編織陶瓷基復合材料有限元模型重建領域，尤其涉及一種編織陶瓷基復合材料的纖維束分類標記方法。具體的說，是一種編織陶瓷基復合材料單束纖維分割及模型重建方法。

背景技術

編織陶瓷基復合材料CMC(Ceramic Matrix Composite)由連續增強陶瓷纖維、基體和界面三部分組成，密度僅為鎳基高溫合金的1/3，最高使用溫度可達1450℃～1650℃(比高溫合金高約260℃)，具有高模量、耐磨損、抗腐蝕、熱穩定性能高、可設計等優異性能，是先進航空航天飛行器熱端部件的理想材料，

研究表明，與傳統的理想代表體元相比，基于高保真度三維結構模型獲得的有限元分析結果與實驗結果更加相近，準確度更高。因此，編織CMC壽命預測結果的精度很大程度上取決于所建立有限元分析模型是否可以真實反應材料內部的各種細觀結構。然而，當前手工標記分類的方法速率慢且對不同組分的判斷具有很大的主觀性。已有的基于計算機視覺的模型重建方法僅可應用于相對簡單均勻的預制體結構，且經紗纖維束的走向大致相同，不適用于內部具有復雜結構的編織CMC，使所建立模型與實際結合還存在明顯差異。因此，有必要對編織CMC高精度有限元分析模型的建立方法展開研究。

發明內容

本發明針對現有技術中的不足，提出了一種編織陶瓷基復合材料單束纖維分割及模型重建方法。

為實現上述技術目的，本發明采取的技術方案為：

一種編織陶瓷基復合材料單束纖維分割及模型重建方法，其特征是：包括以下步驟：

步驟1：針對原始XCT切片進行孔隙像素的確認，此切片在經紗的軸向方向，隨機裁剪若干張屬于孔隙部分的區域并保存為圖片，裁剪圖片尺寸根據孔隙的實際情況進行確定，找出這些圖片中像素的最大值和最小值，采用掐頭去尾平均法分別獲得像素最大和最小值的平均值，確定像素最大和最小值的平均值為孔隙的上下閾值，使用像素最大值的平均值減去像素最小值的平均值，得到區間值，將區間值由小到大分為若干個區間，首先分別將全體切片像素值為第一個區間內的部分賦值為0，并觀察處理后的切片是否存在經緯紗被當作孔隙處理的部分，如果是，則分別將全體切片像素值為第二個區間內的部分賦值為0，并在此觀察，直至屬于孔隙的像素被正確識別，獲得圖像Hole_Image，

步驟2：使用結構張量對圖像Hole_Image的經紗和緯紗進行區分，獲得RGB圖像，通過對比所生成RGB圖像中的R值和B值，初步獲得經紗和緯紗的分布區域，該分布區域圖為圖像Warp_Weft_Image，在經紗和緯紗相交區域存在一些明顯的誤分類情況，且部分切片的經緯紗粘連嚴重，此外，編織過程中的毛刺也隨機分布于圖象中，

步驟3：將上述初步識別完成的切片從經紗的徑向方向導出，會發現部分分類錯誤的區域在此視圖上尺寸小且分散，分別提取經緯紗的像素位置，獲得兩類切片，一類是僅包含經紗的Warp_Image，一類是僅包含緯紗的Weft_Image，通過八連通區域的方法標記Weft_Image圖像中的每個像素，統計每種相同標號的像素數量，刪除像素總數小于Remove_Thresh_1的區域，并賦值為0，記錄所刪除每個像素的位置索引值Delete_Weft_Index，將Warp_Image的Delete_Weft_Index索引區域的像素值賦值為經紗像素，再次通過八連通區域的方法標記Warp_Image圖像中的每個像素，刪除圖片中的局部小區域，