[发明专利]基于工业CT图像的工件内部裂纹提取和扩展分析的方法

权利要求书

1.基于工业CT图像的工件内部裂纹提取和扩展分析的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取工件的CT切片序列，并得到工件的所述三维体数据。

2)获取工件的CAD模型；

3)获取裂纹点云数据集和裂纹参数化坐标；

4)利用MC算法建立工件的点云模型，并在点云模型中去除裂纹点云数据集中的点，得到优化点云模型；

5)对优化点云模型和CAD模型进行配准，得到配准后的CAD模型；

6)建立配准后CAD模型的有限元模型；

7)将裂纹点云数据集导入到有限元模型中，并计算裂纹前缘应力强度因子；

8)建立疲劳寿命模型；

9)将裂纹前缘应力强度因子输入到疲劳寿命模型中，计算得到裂纹的剩余扩展寿命。

2.根据权利要求1或2所述的基于工业CT图像的工件内部裂纹提取和扩展分析的方法，其特征在于，获取裂纹点云数据集的步骤如下：

1)基于工件三维体数据，建立三维CV模型，并获取三维CV模型内部封闭轮廓和外部封闭轮廓；所述内部封闭轮廓即为内部裂纹缺陷；

2)获取裂纹点云数据集；所述裂纹点云数据集为内部封闭轮廓边界和内部的点云数据。

3.根据权利要求1所述的基于工业CT图像的工件内部裂纹提取和扩展分析的方法，其特征在于，获取裂纹参数化坐标的步骤如下：

1)分别对初始裂纹点云数据进行椭球拟合和最小距离平面拟合，得到椭球状裂纹和平面状裂纹；

2)取椭球状裂纹和平面状裂纹的交线；所述交线记为裂纹前缘；

3)对裂纹前缘进行采样，得到裂纹缺陷参数化坐标。

4.根据权利要求3所述的基于工业CT图像的工件内部裂纹提取和扩展分析的方法，其特征在于，椭球拟合步骤如下：

1)建立空间椭球的一般方程，即：

x²+ay²+bz²+cx+dy+ez+f＝0 (1)

式中，a,b,c,d,e,f表示拟合参数；(x，y，z)为三维坐标；

2)计算每个点距离估计椭球面的误差；其中，第i个点距离估计椭球面的误差e_i(a,b,c,d,e,f)如下所示：

式中，(x，y，z)为第i个点的三维坐标；

3)计算误差平方和E(a,b,c,d,e,f)，即：

式中，N为裂纹点云中点的个数；

4)分别对误差平方和E求参数a,b,c,d,e,f的一阶偏导，并令一阶偏导等于0，得到：

5)建立坐标参数关系式，即：

式中，为坐标参数；

6)将公式(4)、公式(5)代入公式(1)，得到：

7)将公式(6)转换为矩阵表达式，即：

8)将裂纹数据输入到公式(7)中，计算出拟合参数的值，并根据公式(1)完成椭球拟合。

5.根据权利要求3所述的基于工业CT图像的工件内部裂纹提取和扩展分析的方法，其特征在于，最小距离平面拟合的步骤如下：

1)建立空间平面的一般表达式，即：

z＝ax+by+c (8)

式中，a、b、c为拟合参数；

2)建立目标函数S，即：

S＝∑(ax_i+by_i+c-z_i)² (9)

3)利用最小二乘法解算目标函数S对拟合参数a,b,c的偏导，并令偏导等于0，得到：

4)建立坐标参数关系式，即：

5)将公式(11)改写为矩阵方程，即：

6)基于步骤(12)，建立拟合参数a,b,c的表达式，即：

7)将裂纹数据输入到公式(13)中，计算出拟合参数的值，并根据公式(8)完成平面拟合。