【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及材料結構分析領域，尤其涉及一種基于二維圖像的纖維多孔材料三維取向計算方法及系統(tǒng)。
技術介紹
1、纖維多孔材料作為一類典型的多孔材料，具有優(yōu)良的熱學和聲學性能，如流體滲透性、過濾性、隔熱及隔音等特性，在各個領域獲得了廣泛的工程應用。纖維多孔材料常被用作過濾材料(高滲透性、低單位體積比表面積、高力學性能)、保溫隔熱材料(高力學性能、低熱導率、低單位體積比表面積)、隔音吸聲材料(高開孔孔隙率、均勻的孔隙分布、寬泛的孔隙大小)以及減震材料(高孔隙率、高力學性能)。
2、纖維多孔材料的孔隙由纖維相互交聯(lián)形成的纖維骨架相互支撐引入，因此纖維多孔材料的性能不但取決于母材纖維體系，還受到纖維空間分布的影響，具有非常優(yōu)異的可設計性，是使用最為廣泛的人造材料。因而，纖維多孔材料的空間分布方式，包括纖維的長短、取向、排布等特征是影響其力學和傳導性能的關鍵參數。其中，纖維的取向是典型的三維特征參數，一般通過ct掃描并利用專業(yè)軟件計算統(tǒng)計，實驗和計算成本高昂，而利用sem等相對廉價的平面微觀表征手段獲取的微觀結構特征又無法獲取三維統(tǒng)計信息。因此，急需另一種新的纖維取向計算方式。
技術實現(xiàn)思路
1、本專利技術的目的在于克服現(xiàn)有纖維取向計算方式存在的不足，提供了一種基于二維圖像的纖維多孔材料三維取向計算方法及系統(tǒng)，提高材料分析效率，降低分析成本。
2、本專利技術的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：
3、第一方面，提供一種基于二維圖像的纖維多孔材料三維取向計算方法，
4、s1、通過微觀表征手段獲取纖維多孔材料的微觀截面照片；
5、s2、利用圖像處理軟件對所述微觀截面照片中的纖維段進行標定；
6、s3、標定微觀截面照片中纖維排布主方向向量，計算纖維段與主方向向量之間的夾角，統(tǒng)計夾角的標準差sd2d，將纖維多孔材料截面的多個微觀截面照片的統(tǒng)計結果平均處理，得到微觀截面照片中纖維取向總體分布標準差
7、s4、根據微觀截面照片中纖維取向總體分布標準差計算得到纖維多孔材料的纖維空間取向分布標準差sd3d。
8、在一些實施例中，所述步驟s1中，微觀表征手段所獲取的微觀截面照片，同一截面至少包括三張不同部位的照片。
9、在一些實施例中，所述步驟s3中，微觀截面照片中纖維排布主方向向量的標定通過計算所有標定纖維段的均值確定，其中，通過向量反向的調整方法將所有向量方向調整一致。
10、在一些實施例中，所述步驟s3中，纖維段與主方向向量之間的夾角取值范圍在0°～90°之間，若夾角超出該范圍，取其補角。
11、在一些實施例中，所述步驟s3中，對纖維段與主方向向量之間的夾角數據進行處理，將源夾角數據對稱化，即用函數f(x)＝180-x映射得到另一組夾角數據，與源夾角數據組成新的夾角數據，再計算其標準差sd2d。
12、在一些實施例中，所述步驟s4具體包括：
13、首先確定纖維三維取向的先驗分布特征；
14、接著根據所述先驗分布特征，利用數學隨機試驗生成纖維空間取向分布標準差sd3d與纖維取向總體分布標準差之間的離散關系；
15、最后利用所述離散關系，通過插值或者擬合的方法，利用測量得到的維取向總體分布標準差求解纖維空間取向分布標準差sd3d。
16、在一些實施例中，所述先驗分布特征指纖維空間取向按照球坐標系描述，其天頂角和方位角的統(tǒng)計分布特征。
17、優(yōu)選地，所述數學隨機試驗的樣本量在10萬以上，纖維空間取向分布標準差sd3d的采樣點至少以1°為間隔。
18、在一些實施例中，纖維空間取向分布標準差sd3d與纖維取向總體分布標準差之間的關系如下：
19、
20、第二方面，提供一種基于二維圖像的纖維多孔材料三維取向計算系統(tǒng)，包括：
21、微觀截面照片獲取模塊，用于通過微觀表征手段獲取纖維多孔材料的微觀截面照片；
22、纖維段標定模塊，用于利用圖像處理軟件對所述微觀截面照片中的纖維段進行標定；
23、纖維取向總體分布計算模塊，用于標定微觀截面照片中纖維排布主方向向量，計算纖維段與主方向向量之間的夾角，統(tǒng)計夾角的標準差sd2d，將纖維多孔材料截面的多個微觀截面照片的統(tǒng)計結果平均處理，得到微觀截面照片中纖維取向總體分布標準差
24、纖維空間取向分布計算模塊，用于根據微觀截面照片中纖維取向總體分布標準差計算得到纖維多孔材料的纖維空間取向分布標準差sd3d。
25、需要進一步說明的是，上述各選項對應的技術特征在不沖突的情況下可以相互組合或替換構成新的技術方案。
26、與現(xiàn)有技術相比，本專利技術有益效果是：
27、本專利技術利用二維微觀照片，基于纖維多孔材料空間分布先驗信息，獲取纖維空間取向統(tǒng)計特征的方法，相較于ct分析，本方法明顯降低實驗成本，并基于統(tǒng)計得出結果，具有準確度高的特點，顯著提高材料分析效率，具有較高的工程應用價值。
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1.一種基于二維圖像的纖維多孔材料三維取向計算方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的纖維多孔材料三維取向計算方法，其特征在于，所述步驟S1中，微觀表征手段所獲取的微觀截面照片，同一截面至少包括三張不同部位的照片。
3.根據權利要求1所述的纖維多孔材料三維取向計算方法，其特征在于，所述步驟S3中，微觀截面照片中纖維排布主方向向量的標定通過計算所有標定纖維段的均值確定，其中，通過向量反向的調整方法將所有向量方向調整一致。
4.根據權利要求1所述的纖維多孔材料三維取向計算方法，其特征在于，所述步驟S3中，纖維段與主方向向量之間的夾角取值范圍在0°～90°之間，若夾角超出該范圍，取其補角。
5.根據權利要求1所述的纖維多孔材料三維取向計算方法，其特征在于，所述步驟S3中，對纖維段與主方向向量之間的夾角數據進行處理，將源夾角數據對稱化，即用函數f(x)＝180-x映射得到另一組夾角數據，與源夾角數據組成新的夾角數據，再計算其標準差SD2D。
6.根據權利要求1所述的纖維多孔材料三維取向計算方法，其特征在于，所述
7.根據權利要求6所述的纖維多孔材料三維取向計算方法，其特征在于，所述先驗分布特征指纖維空間取向按照球坐標系描述，其天頂角和方位角的統(tǒng)計分布特征。
8.根據權利要求6所述的纖維多孔材料三維取向計算方法，其特征在于，所述數學隨機試驗的樣本量在10萬以上，纖維空間取向分布標準差SD3D的采樣點至少以1°為間隔。
9.根據權利要求6所述的纖維多孔材料三維取向計算方法，其特征在于，纖維空間取向分布標準差SD3D與纖維取向總體分布標準差之間的關系如下：
10.一種基于二維圖像的纖維多孔材料三維取向計算系統(tǒng)，其特征在于，包括：
...【技術特征摘要】
1.一種基于二維圖像的纖維多孔材料三維取向計算方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的纖維多孔材料三維取向計算方法，其特征在于，所述步驟s1中，微觀表征手段所獲取的微觀截面照片，同一截面至少包括三張不同部位的照片。
3.根據權利要求1所述的纖維多孔材料三維取向計算方法，其特征在于，所述步驟s3中，微觀截面照片中纖維排布主方向向量的標定通過計算所有標定纖維段的均值確定，其中，通過向量反向的調整方法將所有向量方向調整一致。
4.根據權利要求1所述的纖維多孔材料三維取向計算方法，其特征在于，所述步驟s3中，纖維段與主方向向量之間的夾角取值范圍在0°～90°之間，若夾角超出該范圍，取其補角。
5.根據權利要求1所述的纖維多孔材料三維取向計算方法，其特征在于，所述步驟s3中，對纖維段與主方向向量之間的夾角數據進行處理，將源夾角...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：龍柯材，胡瑜畔，袁志鵬，宋雨雨，林楠，徐昕煒，陳慶偉，張剛，趙爽，楊趙兵，
申請(專利權)人：四川航天系統(tǒng)工程研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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