專(zhuān)利名稱(chēng)：纖維增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型的建立方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型的建立方法，其屬于復(fù)合材料無(wú)損檢測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
迄今為止，用于建立含孔隙的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料三維幾何模型的方法，均基于以下類(lèi)似假設(shè)所有孔隙為球形、半徑相等，均勻分布于介質(zhì)中；以孔隙率1. 5%為界假定孔隙為球狀或圓盤(pán)狀且尺寸符合不同分布等。然而，實(shí)際纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中的孔隙尺寸變化范圍很大，形狀各異，分布也并不均勻。已有幾何模型不能全面、準(zhǔn)確地反映孔隙形貌及其隨機(jī)特性，導(dǎo)致孔隙率超聲檢測(cè)實(shí)驗(yàn)和理論分析之間存在較大偏差。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型的建立方法。該方法可精確建立纖維增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型，利用該模型可開(kāi)展纖維增強(qiáng)復(fù)合材料孔隙的彈性性能分析，為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料孔隙率超聲無(wú)損檢測(cè)提供分析依據(jù)。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型的建立方法，其特征在于包括如下具體步驟(1)對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行解剖，通過(guò)金相法統(tǒng)計(jì)由孔隙長(zhǎng)度、寬度和深度表示的孔隙率及孔隙分布特征；(2)根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果初步選定自相關(guān)函數(shù)、自相關(guān)長(zhǎng)度參數(shù)建立三維隨機(jī)介質(zhì)模型 M(x, y, ζ)；(3)利用極值搜索法改造所得的三維隨機(jī)介質(zhì)模型M(x，y，ζ)，建立三維隨機(jī)孔隙模型，極值搜索法包括如下具體步驟選定孔隙率P，將所得到的三維隨機(jī)介質(zhì)模型M(x，y，ζ)進(jìn)行以下操作①獲取該三維模型的所有節(jié)點(diǎn)數(shù)量L ；②將各節(jié)點(diǎn)按數(shù)值由大到小排列，放入一維數(shù)組H ； ③獲取H中前L*P個(gè)節(jié)點(diǎn)在三維隨機(jī)介質(zhì)模型M(x, y，ζ)中的坐標(biāo)，放入一維數(shù)組 Position ；④將M(x，y，ζ)中符合Position中所記錄坐標(biāo)的節(jié)點(diǎn)設(shè)為孔隙，其余設(shè)為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料；(4)統(tǒng)計(jì)所得的三維隨機(jī)孔隙模型的孔隙率及孔隙分布特征；(5)比較步驟(1)與(4)的數(shù)據(jù)，若二者差異小于2%，則得到纖維增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型，否則改變建立參數(shù)，重復(fù)步驟(2)-(5)。本發(fā)明的有益效果是這種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型的建立方法首先對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行解剖，通過(guò)金相法統(tǒng)計(jì)孔隙率及孔隙分布特征，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果建立三維隨機(jī)介質(zhì)模型M(x，y, ζ)；然后利用極值搜索法改造三維隨機(jī)介質(zhì)模型 M(x, y, ζ)，建立三維隨機(jī)孔隙模型，統(tǒng)計(jì)三維隨機(jī)孔隙模型的孔隙率及孔隙分布特征；最后對(duì)三組孔隙率及孔隙分布特征進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，若二者差異小于2 %，則得到纖維增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型，該方法可精確建立纖維增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型，利用該模型可開(kāi)展纖維增強(qiáng)復(fù)合材料孔隙的彈性性能分析，為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料孔隙率超聲無(wú)損檢測(cè)提供分析依據(jù)。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。圖1為一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型的建立方法的流程圖。圖2為碳纖維單向增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型，建立參數(shù)為高斯型自相關(guān)函數(shù)；a = 20，b = 20，c = 20 ;P = 1. 0%。圖3為碳纖維單向增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型透視圖，建立參數(shù)為高斯型自相關(guān)函數(shù)；a = 20，b = 20，c = 20 ;P = 1. 0%。
具體實(shí)施例方式圖1為一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型的建立方法的流程圖。下面以碳纖維單向增強(qiáng)復(fù)合材料為例，介紹隨機(jī)孔隙模型建立的
具體實(shí)施例方式(1)將碳纖維單向增強(qiáng)復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)試樣沿與纖維垂直方向解剖，使用金相顯微鏡觀(guān)察并統(tǒng)計(jì)截面孔隙率和每個(gè)孔隙的長(zhǎng)度，寬度，深度。重復(fù)上述步驟20次以上，以得到標(biāo)準(zhǔn)試樣的體積孔隙率及孔隙特征的樣本空間；(2)選取高斯型自相關(guān)函數(shù)<^,2) = 6鄧[-&2/ 2+//滬+22/62)-1/2]，其中a，b，c為自相關(guān)長(zhǎng)度，初步取值為a = 20，b = 20，c = 20 ；將樹(shù)χ,兄ζ)進(jìn)行三維快速傅里葉變換得到樹(shù)人)；生成三維隨機(jī)場(chǎng)θ e W，2ji]；構(gòu)造隨機(jī)功率譜 9\K,ky,kz) = V^iM^Uexp [W(kx,ky,kJ]；對(duì)隨機(jī)功率譜做傅里葉逆變換，得到隨機(jī)擾動(dòng)δΜ(χ，y，ζ)；利用公式M(x，y，ζ) =M0+δ M(χ, y，ζ)得到隨機(jī)介質(zhì)模型。其中，M可為密度、拉梅參數(shù)或聲速等參量，Mtl為M在大尺度不均勻性上的平均值，以縱波聲速為例取值為 M0 = 2. 6km/s ；(3)選定孔隙率P= 1.0% ；對(duì)M(x，y，z)進(jìn)行以下操作①獲取該區(qū)域所有節(jié)點(diǎn)數(shù)量L ；②將區(qū)域內(nèi)各節(jié)點(diǎn)按數(shù)值由大到小排列，放入一維數(shù)組H ；③獲取H中前L*P個(gè)節(jié)點(diǎn)在二維隨機(jī)介質(zhì)模型M(x，y，z)中的坐標(biāo)，放入一維數(shù)組 Position ；④將M(x，y，ζ)中符合Position中所記錄坐標(biāo)的節(jié)點(diǎn)設(shè)為孔隙，其余設(shè)為復(fù)合材料。(4)統(tǒng)計(jì)步驟(3)所得模型的孔隙率及孔隙分布特征，同步驟(1)；(5)優(yōu)化建立參數(shù)。比較步驟⑴與⑷的數(shù)據(jù)，若二者差異小于2%則得到纖維增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型，否則改變建立參數(shù)，重復(fù)步驟(2)-(5)。圖2示出了碳纖維單向增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型，建立參數(shù)為高斯型自相關(guān)函數(shù)；a = 20，b = 20，c = 20 ;P = 1. 0%。 圖3示出了碳纖維單向增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型透視圖，建立參數(shù)為高斯型自相關(guān)函數(shù)；a = 20，b = 20，c = 20 ;P = 1.0%。
權(quán)利要求
1. 一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型的建立方法，其特征在于包括如下具體步驟(1)對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行解剖，通過(guò)金相法統(tǒng)計(jì)由孔隙長(zhǎng)度、寬度和深度表示的孔隙率及孔隙分布特征；(2)根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果初步選定自相關(guān)函數(shù)、自相關(guān)長(zhǎng)度參數(shù)建立三維隨機(jī)介質(zhì)模型M(x， 1，ζ)；(3)利用極值搜索法改造所得的三維隨機(jī)介質(zhì)模型M(x，y，ζ)，建立三維隨機(jī)孔隙模型，極值搜索法包括如下具體步驟選定孔隙率P，將所得到的三維隨機(jī)介質(zhì)模型M(x，y, ζ)進(jìn)行以下操作①獲取該三維模型的所有節(jié)點(diǎn)數(shù)量L；②將各節(jié)點(diǎn)按數(shù)值由大到小排列，放入一維數(shù)組H;③獲取H中前L*P個(gè)節(jié)點(diǎn)在三維隨機(jī)介質(zhì)模型M(x，y，ζ)中的坐標(biāo)，放入一維數(shù)組 Position ；④將M(x，y，ζ)中符合Position中所記錄坐標(biāo)的節(jié)點(diǎn)設(shè)為孔隙，其余設(shè)為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料；(4)統(tǒng)計(jì)所得的三維隨機(jī)孔隙模型的孔隙率及孔隙分布特征；(5)比較步驟(1)與(4)的數(shù)據(jù)，若二者差異小于2%，則得到纖維增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型，否則改變建立參數(shù)，重復(fù)步驟(2)-(5)。
全文摘要
一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型的建立方法，屬于復(fù)合材料無(wú)損檢測(cè)與評(píng)價(jià)領(lǐng)域。這種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型的建立方法首先對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行解剖，通過(guò)金相法統(tǒng)計(jì)孔隙率及孔隙分布特征，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果建立三維隨機(jī)介質(zhì)模型M(x，y，z)；然后利用極值搜索法改造三維隨機(jī)介質(zhì)模型M(x，y，z)，建立三維隨機(jī)孔隙模型，統(tǒng)計(jì)三維隨機(jī)孔隙模型的孔隙率及孔隙分布特征；最后對(duì)三組孔隙率及孔隙分布特征進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，若二者差異小于2％，則得到纖維增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型，該方法可精確建立纖維增強(qiáng)復(fù)合材料三維隨機(jī)孔隙模型，利用該模型可開(kāi)展纖維增強(qiáng)復(fù)合材料孔隙的彈性性能分析，為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料孔隙率超聲無(wú)損檢測(cè)提供分析依據(jù)。
文檔編號(hào)G01N15/08GK102157015SQ20111010290
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月24日
發(fā)明者丁珊珊, 張翔, 李喜孟, 林莉, 陳軍 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)