基于体视学的材料微孔洞三维重建及疲劳寿命预测

发布时间：2017-11-14 04:19

  本文关键词：基于体视学的材料微孔洞三维重建及疲劳寿命预测

  更多相关文章： 铸造铝合金 微孔洞 疲劳性能 核估计 体视学

【摘要】：铸造铝合金因质量轻、比强度高和成本低等优点,被广泛应用于各个领域。在浇铸过程中不可避免会产生微孔洞等缺陷,而材料的疲劳裂纹极易在微孔洞处萌生,特别是其表面或近表面区域的微孔洞。为了较准确的预测材料的疲劳寿命,需要得到材料中微孔洞的三维分布情况。本文采用金相实验技术,获得铸造Al-Zn713试件表面的微孔洞断面图像,利用数字图像处理技术得到微孔洞断面数量和面积等信息,并提出使用等效半径来表征微孔洞的尺寸。为确定实验试件的最少数量:研究了微孔洞最大及最小等效半径随试件数量的变化情况;并利用统计学中样本均值和样本方差对试件中微孔洞等效半径进行分析。本文提出采用核密度估计法取代传统直方图法对实验数据进行处理,从而避免了体视学三维重建过程中出现微孔洞尺寸在某一范围内的数量为负数的情况,并且可以得到光滑连续的分布曲线。研究了核估计的核函数和带宽对本文材料中微孔洞二维尺寸分布的影响。并提出在三维重建过程中使用逆体视学迭代法,提高了三维重建精度。分析了分组数量和试件数量对体视学三维重建结果的影响。统计表明,铸造Al-Zn713合金中微孔洞三维尺寸遵从2参数的lognormal分布。为验证核估计法和体视学法三维重建的可靠性,虚拟产生一个含重构微孔洞三维尺寸分布信息的物体,并对其进行大量随机截面,统计发现,微孔洞断面尺寸分布与金相实验结果能够很好吻合。分析了材料中易萌生疲劳裂纹的微孔洞,建立含微孔洞缺陷的材料模型,并进行有限元分析。结合修正后的Coffin-Manson公式,建立了孔洞分布与疲劳寿命模型。根据三维重建后的材料中微孔洞尺寸分布信息,最终得到材料疲劳寿命曲线。本文建立的“金相实验—核估计+体视学三维重建—有限元分析—疲劳寿命”方法为研究不同材料孔洞缺陷的疲劳性能提供了新思路。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG245

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本文编号：1183820