孔隙形貌的三維重建人們美于”合材料中孔隙形獺構(gòu)的大部分認(rèn)鈕多基F金相鬼片的觀(guān)察I墉而傳統(tǒng)金相觀(guān)察得到的扎隙址圖像井不能完全代表孔隙的二維結(jié)物*所有的關(guān)于孔原三維結(jié)構(gòu)啊無(wú)何學(xué)和形態(tài)學(xué)啊信息不能從二雎囹像推斷得到，當(dāng)迎察被限于獨(dú)立隨機(jī)的二維金相截面時(shí),這些信息就會(huì)丟失”本草基于金相法獲得的連續(xù)切片對(duì)ORP中孔隙三維形貌進(jìn)行了重建，直接觀(guān)察二維圖像，W成更加準(zhǔn)痛地把握軋隙真安的三維形貌，對(duì)于建立模型及?模擬計(jì)算有重要指辱意義。41連續(xù)切片的黃處理在獲取連續(xù)切片時(shí)、一廓會(huì)通過(guò)打顯賞硬度的方式在梯品上做標(biāo)記，由「對(duì)該樣品打硬度有能會(huì)造明材料啊破輝，因此并未酒過(guò)打俄度曲方式做標(biāo)記,在拍攝照片時(shí)視新中沒(méi)有固定不變的參照物.每次拍攝腰片的位置以屬樣品放置的偉度都會(huì)有所不同，所以狹得的連續(xù)切汁在1S行二維重建之前首先要進(jìn)行預(yù)地理，即通過(guò)M每層仍片平移及旋轉(zhuǎn)-使所有切埼對(duì)齊B由于本文研究的樣品中的纖罐單向排列.隨著磨削量的增加，可認(rèn)為纖雄的位置基本不發(fā)生偏移，孔隙也只是輪廓發(fā)生變化，在進(jìn)行對(duì)齊時(shí)十以第一層切升為基腐.第—層切片■設(shè)置為半透明.通過(guò)現(xiàn)禁衡層切片的混疊效果來(lái)判斷兩屋切片是否時(shí)齊，未遂行對(duì)齊時(shí)曲混色敏果如圖4.1口）所示「叫以明顯看出兩局切片混疊后得到的效果比較模棚，說(shuō)明兩提切片之間的重合度較差，涓要通過(guò)圖像的平移和旋轉(zhuǎn)提高兩屈切片之間的重合度，姓過(guò)調(diào)整k當(dāng)兩層切片的混疊效果較為清晰時(shí)「如圖4】曲所示,叩可認(rèn)為兩層切片已基本對(duì)齊.按上述方法將所有切村均■（故調(diào)整后，就完成了切片的預(yù)處理，預(yù)處理可以五大簡(jiǎn)化后續(xù)工作，5］于孔隙的位置基本沒(méi)有蜜化，方便對(duì)某--孔隙進(jìn)行追蹤，提倡工作效率的同時(shí)也能獲得較好的重建結(jié)果，因此獲得連紋切片后首先要完成此歲驛口1^4.1位置調(diào)吏前（時(shí)和埔亶后（掙和鄒牌張切片的濯理茂果Fig.4.1Alia^edresults&frwoadjacentsection.^befbrefa]sndsIkr^b)pwsifiwiadjustmenl4.2孔隙三維形貌表面重建過(guò)程預(yù)處理完成后即可進(jìn)行孔隙三維形貌重建.本文捧品中花雕數(shù)最較多-數(shù)垂量較大,重建方法選擇表面裾建.其基本蒲程珈圖42所示，首先府重建耳標(biāo)在缺層切片上的輪廓進(jìn)行圈定，輪廓的細(xì)致程度會(huì)影響三噂蜜建結(jié)果的質(zhì)量?因此在圈定時(shí)應(yīng)盡量便輪摩綬包含的點(diǎn)數(shù)較多.為了將孔隙加以區(qū)分，需要對(duì)孔隨避行編號(hào).編號(hào)不能重復(fù)，且各屋切片中的孔隙輪廓嫌均以其所屬孔踉的編號(hào)命名r這樣可以保證在重建肘，孔踱輪廓不會(huì)岫其它孔隙的輪廊邇核，避免重建時(shí)發(fā)生混EU扎隙艷廓圈定完家后.需要沒(méi)定切片間陷由于光學(xué)顯獺法荻鞋的數(shù)據(jù)較為粗糙'每層去除的厚度從十兒至K百微米不等，程化范圍較大，利用表面至建法可以對(duì)切片同距諼行設(shè)定，這也是選擇表面更建法來(lái)重建1L隙三維形貓的一個(gè)原因*堯成上述步驟力后即可進(jìn)行孔晾表面形貌的甌建，輪閽逐接的算法為Boissonnit提出的D曲ua町三倍化羿法,出核靠祛重建得到的表面由三務(wù)形檢成.每個(gè)三角形都有一條邊在孔曜的掄廊線(xiàn)上'該尊怯生成的是伸枳最大的固伸,不存在苛點(diǎn)，且對(duì)分叉孔隙三維形貌重建救果騷好瞬L孑L隙輪扉標(biāo)記設(shè)定輪廓間距改建孔隙形貌圖4.2孔隙表面圣世的步驟Fig.4.2Howofvoidsurfacerender4.3始果與分析4.3.1三雄重建培果與分析期4.3為14號(hào)區(qū)域仇隙三維形貌的重建結(jié)果，對(duì)該三維圖像進(jìn)行觀(guān)察時(shí)可以任意調(diào)整彌度，拉遠(yuǎn)和縮近距離.孔隙及基體的顏色和透明度也可進(jìn)行調(diào)整，能靈活方便地從不同方位對(duì)孔隙的形態(tài)與分布特征進(jìn)行觀(guān)察和分析，其它區(qū)域孔隙三維形貌的重建結(jié)果她附錄A。將基體設(shè)為半透明進(jìn)行觀(guān)察，5個(gè)區(qū)域的孔隙有共同的形貌特征，孔隙沿若纖維方向尺寸教大.呈根須狀沿著紓緋方向延伸，已有研究認(rèn)為單向CFRP中的孔隙為雪茄煙狀［徇，本文樣品中孔隙沿著纖維方向的尺寸比琪期的大出許多，孔隙的分布有明顯的層次性，主要分布在纖維鋪層的層間界面上?？紫兜倪@種形貌特征主要受成型工藝影響，在成型過(guò)程中，纖維是一層層鈾好的.鋪層間容易殘留空氣無(wú)法排出.加壓時(shí)孔隙在垂直于纖維的方向受到阻力較大.難以擴(kuò)展，而沿著纖誰(shuí)方向受阻力較小，因此大部分孔隙沿看纖錐方向尺寸校大.三維形貌較二錐形貌多出一錐，為方便描述，對(duì)孔隙的尺寸進(jìn)行重新定義，孔隙沿看纖維方向的尺寸為孔隙長(zhǎng)度A孔隙二維截面上垂直于極厚方向的最大橫向尺寸為孔隙寬度w,孔隙二維截面上平行于板厚方向的最大縱向尺寸定為孤隙高度如由三維圖像可以測(cè)最出孔隙的三維尺寸，但過(guò)程較為繁瑣，此處并未對(duì)孔隙的尺寸進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

圈4314號(hào)區(qū)我孔隙的二維形貌Fig.4,33Dmorphologyofvoidsinregion14由于孔隙的數(shù)量較多，三維顯示時(shí)會(huì)相&遮孟，視覺(jué)上略顯雜亂，在成像時(shí)可以只對(duì)某一個(gè)或者某幾個(gè)孔隙進(jìn)行成像，以便于觀(guān)察和分析。在5個(gè)區(qū)域中大多數(shù)孔隙的寬度在300岫以下，少數(shù)孔隙介于300、500nm之閭，只有4號(hào)區(qū)域中存在一個(gè)寬度極大的孔隙.如圖4.4(d)所示，孔隙的寬度長(zhǎng)達(dá)1mm；孔隙的長(zhǎng)度一般校大，5個(gè)區(qū)域中都存在長(zhǎng)度較大的孔隙.如圖4.4所示，有些孔隙甚至貫穿連續(xù)切片始終，這意味看，在本文的單向CFRP中.孔隙沿著纖維方向的尺寸可以超過(guò)3.6mni,這其中有些孔隙的寬度和高度都比較小，如圖4.4(b)r孔隙的寬度和高度都小于50pm,孔隙的長(zhǎng)度與寬度相差懸殊，氏度約為寬度的70倍，L隙的形貌也較為復(fù)雜，存在孔隙分乂現(xiàn)象，如圖4.4(a)和(d)所示。

圈4.4垂建結(jié)果中長(zhǎng)度較大的扎隙Fig.4.4-SomevoidsinthercconstTuclionresults在觀(guān)察中可以發(fā)現(xiàn)，重建結(jié)果中孔隙的端面均為平面，如圖4.5所示°這是由于在獲取連續(xù)切片時(shí)，每層去除的厚度相對(duì)較大，臨近孔隙端部時(shí)，孔隙i股是突然出現(xiàn)或者突然消失的，沒(méi)有漸變的過(guò)程,得到的連續(xù)切片中幾乎沒(méi)有孔隙兩端詳細(xì)的形貌信息,圖4.5重建結(jié)果中孔隰端郎形貌Fig.4.5Themorphologyofvoidendinreconstructionresult因此重建結(jié)果中孔隙均沒(méi)有端部形貌，孔隙沿者纖維方向的尺寸變化范圍也較大，有些孔隙可以貫穿整個(gè)區(qū)域，但同時(shí)也有些孔隙只在一層切片中出現(xiàn)，前后切片都沒(méi)有孔隙輪廓，這說(shuō)明這些孔隙沿著纖維方向的尺寸較小，這類(lèi)孔隙在本文中并未進(jìn)行三維形貌重建。要得到孔隙端部詳細(xì)的形貌以及長(zhǎng)度較小孔隙的三維形貌，就要減少每次磨削去除的厚度，這不僅需要較為先進(jìn)的髀樣設(shè)備.同時(shí)還需要更加精密的尺寸測(cè)量工具，即使可以保證每層去除較小的厚度，但樣品中存在很多孔隙沿著纖維方向的尺寸校大，要得到這些孔隙的三維形貌則需要大量的切片，這將使連續(xù)切片獲取及后續(xù)數(shù)據(jù)處理的工作量大大增加。上述矛盾為目前該方法的主要問(wèn)題。4.3.2孔隙形貌與分布對(duì)超聲衰減的影響對(duì)孔隙率與超聲衰減系教建立關(guān)系，結(jié)果如圖4.6所示，可以看出隨孔隙率增大，超聲衰減系數(shù)并不是單調(diào)遞增的。這說(shuō)明超聲衰減不僅由孔隙率決定，還受孔原的形貌和分布影響。在分析孔隙形貌對(duì)超聲衰減的影響時(shí).一般若重分析孔隙在垂直于超聲傳播方向上的尺寸，在本文中也就是孔隙的長(zhǎng)度，和寬度w。4號(hào)區(qū)域孔隙率最大.孔隙率為3.04%,但衰減系數(shù)卻小于10號(hào)區(qū)域，而10號(hào)區(qū)域的孔隙率卻只有?2.60%,比較兩個(gè)區(qū)域孔隙的三錐形貌與分布，可以發(fā)現(xiàn)，4號(hào)區(qū)域中存在一個(gè)尺寸極大的孔隙，孔隙的長(zhǎng)度、寬度、高度都較大，將近占總孔隙率的40%,但同時(shí)也存在教為空蕩的區(qū)域,著這些區(qū)域孔隙分布較為稀疏。10號(hào)區(qū)域雖然不存在4號(hào)區(qū)域中那樣的大孔?但中等孔隙數(shù)鼠較多，在整個(gè)區(qū)域分布上也較為均勻密集，密集分布的孔隙之間間距較小.其共同作用會(huì)增加散射衰減效應(yīng)，其效果會(huì)超過(guò)單個(gè)大孔所造成的散射衰減，這些因素的綜合作用使得孔隙率較小的10號(hào)區(qū)域衰減系數(shù)卻大「孔隙率較大的4號(hào)區(qū)域。4," ,4Q- .1B-.10-K ■|2.S-丑 ■€io■1.5-?1.0-Q5?QQ _I_ _I_■_'_-_'_■—gM 1.3m M圖4.6衰減系數(shù)一孔隙率散點(diǎn)圖

Fig.4.6Relationshipbetweenattentioncoefficientandporosity12號(hào)區(qū)域與2號(hào)區(qū)域孔隙率較為接近，分別為1.08%和1,17%,但是超聲衰減系數(shù)卻相差較大，分析孔隙形貌可以發(fā)現(xiàn)，2號(hào)區(qū)域存在個(gè)別大孔較多■，如圖4.7所示，這類(lèi)孔隙雖然在切片一雄圖像上的載面枳按小，對(duì)孔隙率的貞獻(xiàn)較小，但孔隙的長(zhǎng)度及寬度都較大，在垂直于超聲傳播方向的平面上的投影而積較大.會(huì)明顯增大散射衰袱作用,同時(shí)孔隙的分布類(lèi)似于T0號(hào)區(qū)域，整個(gè)區(qū)域的分布較為密集，使得孔隙率相差不大的兩個(gè)區(qū)域衰減系數(shù)卻相差較大。因此超聲衰減系數(shù)不僅僅是由孔隙翠決定的.孔隙形貌和分布對(duì)超聲散射衰減也有較人的影響，密集排布的孔隙會(huì)大人增加散射衰誠(chéng)作用。圖4.72號(hào)區(qū)域個(gè)別人孔及孔隙的分布Fig..4.7Specialvoidsandthedistributionofvoidsinregion24.3.3三維隨機(jī)孔隙模型與重建結(jié)果比較通過(guò)觀(guān)察該祥命幾個(gè)區(qū)域的三維重建結(jié)果，雖然還未對(duì)孔隙的孔隙尺寸進(jìn)行統(tǒng)計(jì).但對(duì)孔隙的三維形貌特征進(jìn)行了初步的了解，在此基礎(chǔ)之上,嘗試性地針對(duì)該樣品建立三維RVM.自相關(guān)函數(shù)仍選擇高斯型，模型顯示區(qū)域大小為4x3.6xl.6mm,自相關(guān)長(zhǎng)度2>=180岫，c=4jun?孔隙率P=3%,結(jié)果如圖4.8所示，由于三