三维编织复合材料预制件表面纹理表征的研究

摘要

三维编织复合材料是采用三维整体编织技术将高性能纤维织编织成的三维异型整体编织预制件，然后用此预制件制作增强的一种高级复合材料。
　　 三维编织复合材料的力学性能与它的预制件结构参数具有密切的关系。表面编织角和花节长度是三维编织复合材料预制件的重要参数。
　　 论文以三维编织复合材料预制件图像为基础，以图像处理理论为基础研究了表面编织角和花节长度的测试技术。
　　 本文论述了三维编织复合材料预制件表面图像的处理方法，课题采用基于边缘方向判决的自适应滤波器对采集图像滤波，对滤波后图像进行纹理分析进而测量平均表面编织角。
　　 论文在图像滤波、边缘提取基础上，分析预制件图像纹理的重要特征，实验证明预制件二维图像的自相函数和图像的功率谱，都具有纹理图像的谱特性，尤其是图像的功率谱含有其波峰描述了纹理间的周期信息。提出用纹理波峰出现的方向来描述复合材料编织纱的纹理走向，从而测量三维编织复合材料预制件表面平均编织角。这是三维编织复合材料预制件表面角测量的一种新方法，解决了目前手工测量的问题。
　　 论文采用小波方向性检测技术并结合数学形态学的方法，提出了一种基于小波变换和小尺度的数学形态学的三维编织复合材料图像的边缘检测方法获取图像边缘、定位准确，对噪声有较好的抑制作用，边缘检测效果明显，此边缘图像适合于非规则形状复合材料的参数测量。
　　 论文利用图像匹配理论，通过小波极大模原理选用模板，对处理后图像利用相关算法计算图像匹配点输出。通过匹配点的距离测量预制件的花节长度和表面编织角。
　　 系统对矩形碳纤维、玻璃纤维预制件和圆锥形碳纤维预制件件行了测试。实验结果说明系统的测试结果与手工测量结果相吻合，可以满足预制件表面参数检测的实际需要。

目录

文摘

英文文摘

第一章 课题的提出和意义

1.1 课题的来源

1.2 课题研究的内容及其意义

1.2.1 本课题要解决的主要问题和理论

1.2.2 论文主要解决问题

1.2.3 论文的创新点

1.2.4 小结

第二章 三维编织复合材料概述

2.1 三维编织复合材料

2.1.1 三维编织复合材料的定义与特点

2.1.2 三维编织技术简介

2.2 三维编织物表面编织角与内部编织角之间的关系

2.3 三维编织复合材料单元体分析

2.3.1 Ko的单元体分析

2.3.2 Li的单元体分析

2.3.3 李嘉禄的单元体分析

2.4 表面编织角与三维编织复合材料力学性能的关系

2.4.1 表面编织角与复合材料拉伸力学性能的研究

2.4.2 表面编织角与复合材料压缩力学性能的研究

2.5 小结

第三章 图像采集系统的硬件构成

3.1 图像采集系统的硬件构成

3.2 机械控制

3.3 小结

第四章 三维编织复合材料预制件表面图像滤波与纹理分析

4.1 三维编织复合材料预制件表面图像滤波

4.1.1 局部均值和方差估计

4.1.2 噪声方差估计

4.1.3 边缘及方向检测

4.2 三维编织复合材料预制件表面图像边缘提取

4.2.1 传统算子法检测边缘[19]

4.2.2 小波变换理论及算法[20]

4.2.3 小波变换算法

4.2.4 图像分析常用小波[21]

4.2.5 二维无限光滑小波

4.2.6 本课题中小波变换的构造

4.2.7 小波变换边缘检测的基本原理[22]

4.2.8 图像的快速边缘检测算法[23][24]

4.3 基于灰度数学形态学的边缘检测

4.3.1 数学形态学简介

4.3.2 边缘提取算法

4.3.3 边缘点的连接

4.4 三维编织复合材料预制件图像纹理分析

4.4.1 谱分析用于三维编织复合材料预制件表面编织角测量的基本思想

4.4.2 三维编织复合材料预制件表面编织角测量方法

4.5 小结

第五章 基于角向功率谱测量编织角试验结果

5.1 验证试验

5.2 玻璃纤维三维编织复合材料预制件

5.3 碳纤维材料三维编织复合材料预制件

5.4 圆锥形预制件表面编织角测量

5.5 基于曲线拟合的非规则复合材料预制件编织角的测量算法原理

5.5.1 形态边缘检测算法

5.5.2 基于曲线拟合的复合材料编织角测量

5.5.3 圆锥形预制件实验结果与分析

5.6 小结

第六章 三维编织复合材料预制件表面编织角和花节长度自动测量研究

6.1 图像匹配的概念及数学描述

6.2 图像匹配基本方法及特点

6.2.1 区城相关匹配方法

6.2.2 基于图像特征匹配

6.3 模板匹配原理

6.4 初始模板确定

6.5 基于小波变换的图像匹配技术[44]

6.6 测量结果

6.7 测量误差分析

6.8 小结

第七章 结论

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表论文

攻读博士学位期间相关科研情况