平紋編織復(fù)合材料Micro CT成像試驗與纖維束識別方法研究.pdf

1、本文以復(fù)合材料在高超聲速飛行器結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用為背景，以構(gòu)建復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)與宏觀力學(xué)性能間的關(guān)系為研究背景，開展了平紋編織復(fù)合材料的 Micro CT成像試驗、微觀結(jié)構(gòu)分析及纖維束分割方法研究。介紹了Micro CT成像原理，分析了影響復(fù)合材料Micro CT成像質(zhì)量的因素，提出了基于灰度及形態(tài)特征融合的纖維束分割方法和基于NSCT（Non Subsampled Contourlet Transform，非下采樣輪廓波變換）域邊緣檢測的纖

2、維束分割方法。該方法的結(jié)果為量化、統(tǒng)計分析復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)特征和構(gòu)建復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)與宏觀力學(xué)性能間的關(guān)系奠定了基礎(chǔ)。
　　本文從試驗件制備開始，進(jìn)行了平紋編織復(fù)合材料的成像試驗。分別介紹了基于吸收襯度和相位襯度成像的Micro CT成像原理。結(jié)合平紋編織復(fù)合材料編織結(jié)構(gòu)特點，說明了Micro CT切片的選取方法。針對所獲得的Micro CT切片圖像，在射線源焦點尺寸、管壓及偽像等方面分析了影響復(fù)合材料Micro CT成像質(zhì)量的因

3、素。
　　通過真空導(dǎo)入和先驅(qū)體浸漬裂解工藝分別制備了聚合基（E-Glass/Epoxy、C/Epoxy）和陶瓷基平紋編織復(fù)合材料層合板（C/SiC）。針對這三種復(fù)合材料，通過選取合適的Micro CT設(shè)備參數(shù)獲得了不同分辨率下的Micro CT圖像。利用灰度值統(tǒng)計方法分別對經(jīng)過預(yù)處理后的三種材料Micro CT切片圖像進(jìn)行了微觀結(jié)構(gòu)特征分析。平紋編織復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)分析結(jié)果顯示出正交兩束纖維（經(jīng)線束和緯線束）存在相交邊界模糊問題以

4、及平行兩束纖維（經(jīng)線束或緯線束）存在擠壓邊界模糊問題。
　　為了解決正交兩束纖維相交邊界的分割問題，提出了基于灰度及形態(tài)特征融合的纖維束分割方法。該方法涉及三級特征融合過程，對首次灰度閾值分割的結(jié)果進(jìn)行紋理特征分割，然后對分割結(jié)果進(jìn)行第二次精細(xì)化閾值分割，最后對分割結(jié)果進(jìn)行形態(tài)學(xué)修正得到正交纖維束分割結(jié)果。兩種典型材料的Micro CT切片圖像分割結(jié)果表明該方法能準(zhǔn)確分割出經(jīng)線束和緯線束。
　　為了解決平行兩束纖維擠壓邊界的

5、分割問題，在正交兩束纖維束分割結(jié)果的基礎(chǔ)上，提出了基于NSCT域邊緣檢測的纖維束分割方法。該方法通過NSCT邊緣檢測方法提取平行兩束纖維束的邊緣，采用矩形窗口對緯線束區(qū)域進(jìn)行標(biāo)定，隨后根據(jù)矩形窗口中占空比與長寬比的關(guān)系來判斷是否存在擠壓情況，接著采用Harris角點檢測算法對擠壓兩束纖維進(jìn)行角點檢測并判斷拐點，最后通過矩形窗口的中軸線來尋找到中軸線最短的兩個點并用直線連接得到平行兩束纖維束擠壓邊界的分割結(jié)果。
　　本文的研究工作為