[发明专利]一种基于Micro-CT三维五向编织复合材料统计细观模型建立方法

说明书

本发明公开一种基于Micro‑CT三维五向编织复合材料统计细观模型建立方法，该方法包括以下步骤：步骤一：Micro‑CT数据获取；步骤二：基体信息隐藏；步骤三：纤维束截面提取；步骤四：纤维束形态提取；步骤五：完整单胞模型提取；步骤六：建立周期性可循环单胞模型。本发明基于Micro‑CT扫描技术，能够获取三维五向编织复合材料中纤维束的真实形态，能实现高精度建模，适用性更强，可应用于各种三维五向编织复合材料，有助于预测三维五向编织复合材料力学性能。

技术领域

本发明属于编织复合材料领域，具体涉及一种基于Micro-CT三维五向编织复合材料统计细观模型建立方法。

背景技术

随着三维预成型技术的日益成熟及机械自动化程度的不断提高，以三维五向预成型体为增强骨架的编织复合材料作为主承力构件和功能构件被广泛应用于航天航空、军事防护、交通运输和海洋等领域。三维五向编织复合材料在复合过程中，纤维束受到外力挤压变形使细观结构发生变化，从而影响材料的力学性能。所以，研究三维五向编织复合材料细观结构对预测其力学性能显得尤为重要。

通过材料中不同原料对X射线的吸收程度不同，Micro-CT可以在试件不发生损害的情况下观测到其内部的结构图像，并且比其他手段获取到的图片更加清晰，并且利用相关CT图像处理软件可以进行不同方向下对内部结构进行搜索定位，获得复合材料高的清晰照片，并对其结构缺陷进行识别，从而有助于对损伤情况的评判，所以Micro-CT技术渐渐地受到大家的青睐，被引入到复合材料的应用领域中。

Bale和Blacklock利用Micro-CT技术对纤维束进行实际形态重构，利用二进制计数法生成带有随机形态变化的试样形态，通过Micro-CT扫描了C/SiC三维机织复合材料，利用图像处理软件获取了材料内的纤维束形态相关参数，如纤维束截面面积、截面偏转角度、纤维束空间路径水平投影、截面长宽比等数据，并建立坐标系对其进行统计分析。但是并未建立精细的三维立体模型。

有学者通过XCT技术获取了三维编织复合材料的切片图像，对图片处理后，可对所属结构进行识别，如中国专利申请号为201810537212.1，发明“为一种三维编织复合材料预制体结构的识别与建模方法”。该方法利用理论模型和XCT图像相结合的方式，提出了一种建模方法，但是并未获取到三维编织复合材料中纤维束的真实形态。

钱浩利用Micro-CT技术获得了2.5D三维编织复合材料的切片数据，并以此进行建模，但是其所述方法只适用于2.5D机织复合材料，并不能运用到三维编织复合材料建模当中。

Micro-CT扫描技术可以观测到编织复合材料的内部结构包括纤维束形态、基体分布、孔隙分布区域以及破坏等情况，对于内部结构重构等研究工作能提供很大的帮助，其形成的切片图像可对内部结构特征进行识别并对不同区域进行划分，但现有模型仍基于理论模型和切片图像，并不能获取到三维五向编织复合材料中的纤维束真实形态。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种基于Micro-CT三维五向编织复合材料统计细观模型建立方法，实现材料的精细化建模。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于Micro-CT三维五向编织复合材料统计细观模型建立方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：Micro-CT数据获取，是指三维五向编织复合材料制备完成后，切割成包含完整单胞的试样，经Micro-CT获取三维五向编织复合材料的三维图像信息；

步骤二：基体信息隐藏，是指在Micro-CT扫描成型的图像中，将基体的图像信息隐藏，只留下纤维束的形态信息；

步骤三：纤维束截面提取，是指将水平切面对纤维束形成的截面形状信息提取出来；

步骤四：纤维束形态提取，是指将连续花节高度下的感兴趣区识别完成，将截面图像在花节高度方向堆积，形成纤维束三维形态；