[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

说明书

本发明公开基于工业CT图像的工件内部裂纹提取和扩展分析的方法，步骤为：1)获取工件的CT切片序列，并得到工件的三维体数据；2)获取工件的CAD模型；3)获取裂纹点云数据集；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。本发明能够使引入的裂纹更接近真实情况，提升裂纹扩展分析结果的准确率。

技术领域

本发明涉及CT图像领域，具体是基于工业CT图像的工件内部裂纹提取和扩展分析的方法。

背景技术

据统计，在发生的各种零部件失效破坏中，超过85％都是由材料的疲劳断裂引起的，工件的疲劳寿命分析一直都是热门研究对象。目前通用的方法是采用有限元分析技术，对含裂纹的工件进行裂纹扩展分析，进而计算其剩余扩展寿命。其中重要一环是在有限元分析时提供裂纹的准确形位数据，在常规的无损检测中，只有高分辨率工业CT能够用于工件内部疲劳裂纹的三维成像分析，进而获取裂纹的详细形状位置信息。然而如何利用好提取出的裂纹数据使之能够应用于基于有限元的裂纹扩展分析中，目前还没有较好的技术方案。

发明内容

本发明的目的是提供基于工业CT图像的工件内部裂纹提取和扩展分析的方法，包括以下步骤：

1)获取工件的CT切片序列，并得到工件的三维体数据。

2)获取工件的CAD模型。

3)获取裂纹点云数据集及裂纹参数化坐标。

获取裂纹点云数据集及裂纹参数化坐标的步骤如下：

3.1)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。

3.2)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。

3.3)分别对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。

椭球拟合步骤如下：

a)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；

b)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：

(x，y，z)为第i个点的三维坐标；

c)计算误差平方和E(a,b,c,d,e,f)，即：

d)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：

e)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：

g)将公式(6)转换为矩阵表达式，即：