基于微结构图像识别的纤维增韧复合材料各向异性导热系数预估方法

摘要

本发明公开一种基于微结构图像识别的纤维增韧复合材料各向异性导热系数预估方法，采用本发明基于微结构图像识别的纤维增韧复合材料各向异性导热系数预估方法后，可以针对纤维增韧复合材料内部非均匀、非均质的实际分布规律，克服Rayleigh等理论模型、渐近展开均匀化方法和微单胞直接数值模拟在预测复合材料导热系数时都需要假设材料中纤维具有周期性排列的不足之处，充分考虑复合材料内部纤维分布随机性的影响，并将其引入导热系数的预估中，提高真实材料导热系数的预估精度。

主权项

一种基于微结构图像识别的纤维增韧复合材料各向异性导热系数预估方法，其特征在于：包括如下步骤步骤一：利用微观电镜照片对纤维增韧复合材料进行测试，并得出纤维增韧复合材料内部微结构图；步骤二：采用数字图像分割技术对纤维增韧复合材料内部微结构图进行处理，辨别其中的纤维；步骤三：在微结构图上的选定一个角区，设置正方形取样区域，并获得区域内纤维数目及分布规律，以及对应的体分比；步骤四：按照10％的幅度增加正方形取样区域范围，并获得区域内纤维数目及分布规律，以及对应的体分比；步骤五：判断步骤四中体分比与步骤三中体分比的波动值是否小于5％，若小于5％，则继续下一步，若不小于5％，则返回步骤四；步骤六：在微结构图上继续选定一个角区，设置正方形取样区域，并获得区域内纤维数目及分布规律，以及对应的体分比；步骤七：判断是否完成5个位置的取样，若是，则继续下一步，若不是，则返回步骤六；步骤八：按照最大原则，选定尺寸最大的微结构正方形取样尺寸，确定内部纤维数目及排列，以及对应的体分比；步骤九：根据步骤八中确定的体分比，再假设内部纤维的位置随机分布，并按照10％比例增加正方形取样尺寸；步骤十：利用VC++中rand函数生成随机数作为纤维中心点x、y坐标值，当生成的纤维数达到体分比时，输出所有纤维圆心点的坐标值，记录下纤维圆心的位置、纤维的直径、正方形取样区域的几何尺寸和边界，利用有限元法计算内部温度分布，从而得到对应的导热系数；步骤十一：按照蒙特卡洛法计算3500个工况，获得对应的导热系数均值和均标准差；步骤十二：判断导热系数均标准差是否小于0.01，若小于0.01则进行下一步，否则，返回步骤九；步骤十三：确定最终的微结构单元及其内部纤维分布特性，再利用有限元法计算内部温度分布，通过计算得出微结构单元的导热系数，进而得出纤维增韧复合材料宏观各向异性导热系数。