陶瓷基复合材料(Fe3Al/Al2O3)设计专家系统原型的研究与实现

本文简要介绍了材料设计的意义和Fe3Al／Al2O3陶瓷复合材料的性能特点，重点阐述了Fe3Al/Al2O3陶瓷复合材料设计专家系统的组成及实现。     

基于非线性有限元的可变形模型的变形方法

三维模型的变形是计算机图形学与其他学科交叉研究的热点问题之一。针对采用线性应变对模型变形时,容易出现不符合物体在客观实际情况下的形变。给出了一个有效的模型变形方法。首先,通过采用几何删除方法对原始模型进行简化,使简化后的模型尽可能地保持原模型的拓扑形态; 在此基础之上对其进行四面体剖分,进而采用格林应变对剖分后的模型进行变形。实验结果表明,在采用非线性有限元方法对模型进行变形时,先对模型进行简化,然后再四面体剖分,可以获得变形速率上的提升。     

复合材料序列图像的分层次配准

在复合材料图像三维重构技术中,为了避免直接运用基于特征点的整体配准陷入局部极优,采用分层次的配准方法.首先使用不变矩计算出上下层图像中最相似的颗粒轮廓,然后使用主轴的配准方法完成上下层图像的初步配准,以大幅度减少特征点配准中的优化搜索范围.在计算出轮廓曲线上特征点的基础上,应用最大熵原理和lagrange乘子将点集之间的匹配转化为一个能量函数,再使用最小二乘法计算出使该能量函数值最小的空间变换,得到配准的最优解,从而实现了序列图像的整体精确配准.实验结果表明,本文提出的分层次的配准方法极大地降低了配准过程陷入局部极优的概率,具有较强的鲁棒性和较高的配准精度.     

复合材料第二相晶粒轮廓的非均匀B样条表示

在利用小波变换技术和边缘连接技术得到的陶瓷复合材料晶粒闭合边缘的基础上，根据晶粒轮廓的特点，研究了其特征型值点的合理提取方法。在此基础上，运用非均匀3次B样条曲线对晶粒轮廓进行了插值处理：对特征型值点进行累加弦长参数化，确定节点矢量，并反算出控制点，根据DeBoor法得到B样条曲线上的值，形成数学语言描述的轮廓。最后研究了Fe3Al含量为40％体积分数的FeAl-ZrO2复合材料在1250℃热蚀后的扫描电子显微镜图像，以VC＋＋．Net为研究平台，选取一个第二相Fe3Al晶粒为研究对象，依据提出的算法得到晶粒轮廓的矢量化表示。     

基于特征点检测的复合材料序列图像的配准

在复合材料图像三维重构技术中,序列图像的配准是一个关键步骤。本文在通过小波边缘检测和Level set方法得到增强相颗粒轮廓的基础上,计算出平面曲线上的高曲率点作为候选点,利用自适应弯曲度来确定曲线上每个点的支撑区间,计算评价曲率。根据评价曲率和一定的规则选择出特征点。利用最大熵原理和Lagrange乘子将点集之间的匹配转化为一个能量函数,再利用最小二乘法计算出使该能量函数值最小的空间变换,即得到了配准的最优解。从而实现了序列图像的配准。     

Active contour model based measurement of distance of material serial sections

The measurement of thickness of material removed between serial sections is a crucial step of threedimensional reconstruction. Active contour model is an efficient method for contour detection of objects on an image. Based on the segmentation of the FeAl/ZrO2 composite image by using adaptive threshold, the gradient vector flow （GVF） snake was used to detect the contour of the indent. The horizontal diagonal length and the vertical diagonal length of the indent contour were acquired by measuring the distance from the uppermost snaxel to the lowermost snaxel and that from the leftmost snaxel to the rightmost snaxel respectively. Then the final diagonal length was gotten by averaging the vertical diagonal length and the horizontal diagonal length. The Vickers indenter was made by a square pyramidal-shaped diamond with opposite faces at an angle of 136°, so the geometrical relation was established between the thickness of material removed between two successive serial sections and the difference of diagonal length on the two serial sections. Based on the relation, the thickness of material removed between two successive serial sections was calculated using the two successive diagonals.     

基于动态轮廓模型的维氏显微硬度自动测量

动态轮廓模型是提取图像中物体轮廓的一种有效方法。文章首先对FeAl/ZrO2陶瓷基复合材料的压痕图像进行了自适应阀值分割,然后利用改进的动态轮廓模型对其进行了轮廓提取,得到了压痕的对角线长度,进而计算出材料的硬度。并对传统方法和本文提出的方法的误差做出了对比分析。该方法可以对显微组织维氏硬度试验压痕准确地提取,并自动计算维氏硬度,从而实现了维氏显微硬度测量的高效率与自动化。     

基于节点矢量优化的复合材料序列轮廓逼近及重构

针对采用边缘检测方法获得的复合材料第二相颗粒轮廓不规则且光顺性差的特点,利用周期非均匀三次B样条曲线逼近颗粒轮廓.将节点作为变量,提出了一种基于群体增量学习算法的节点矢量优化算法,得到预定控制点条件下误差最小的颗粒轮廓曲线;基于逼近的序列轮廓,采用柔性间距插入节点的方法定义公共节点矢量,根据公共节点矢量对序列轮廓进行相容性处理,利用三次B样条蒙皮算法生成了一张C2连续的张量积B样条曲面来描述复合材料的第二相颗粒.实验结果表明,与遗传算法相比,文中算法在轮廓逼近方面具有更好的鲁棒性和更高的精度,重构出的第二相颗粒光顺性好,效果理想.     

基于轮廓提取和自适应单元分解的水泥颗粒三维重构

为了得到真实的水泥颗粒初始水化演化模型,提出一种基于轮廓的重构方法和多层次单元分解(MPU)重构方法相结合的水泥颗粒重构方法.首先引入权重函数将提取轮廓的测地线/几何动态轮廓模型和无边缘动态轮廓模型结合到一起,利用动态轮廓模型快速全局最小化方法提取颗粒轮廓,并采用最大类间方差求出边缘阈值,提取出水泥颗粒精确的边缘轮廓线;然后使用平面拟合方法将其转化为带有"法矢"的三维空间点;最后采用改进的MPU方法重构出光顺的三维水泥颗粒.实验结果表明,文中方法比目前水泥材料领域已有的重构方法简单易行,重构效果理想.     

基于三维重构的材料微观结构研究现状

讨论了材料科学进行三维重构的意义和必要性,详细介绍了基于三维重构的材料微观结构研究的4个步骤:二维图像的获取、二维图像的处理、三维重构和材料微观结构研究.提出由于基于三维重构的材料微观结构研究材料能够分析出材料的宏观力学性能对微观结构的依赖关系,所以进行基于三维重构的材料微观结构研究方法能够对复合材料的设计提供有力的支持.