基于多尺度模型的不规则形态缺陷建模方法及系统

本发明涉及金属材料制备，具体地，涉及一种基于多尺度模型的不规则形态缺陷建模方法及系统。尤其涉及一种不规则形态缺陷的建模方法。

背景技术：

1、集成计算是近年来提出的材料加工领域的一种新方法，其基本思想是以材料微观结构信息为起点，通过多尺度建模与跨工艺过程的计算实现对材料制备加工、微观结构和产品性能的一体化分析。然而，无论传统的铸造合金还是新兴的增材制造金属，不规则形态的缺陷不可避免，对材料的服役性能尤其是高周疲劳行为产生重要影响。因此，缺陷的精确建模以及与集成计算流程的有效耦合，对于评估产品质量及预测材料性能起着决定作用。

2、由于缺陷形态的多样性和复杂性，能够体现缺陷真实形态的模型构建一直是一个技术难题。现有模型通常将缺陷简化处理为形态规则的圆形孔洞或者在宏观尺度通过有限元几何特征来近似描述缺陷，这些处理方法虽然简单，但是无法准确反映缺陷的真实形态特征。因此，如何获取缺陷的真实形态并构建融合于多尺度模型的缺陷模型，是准确预测力学性能的关键问题。

3、专利文献cn110443778a公开了一种检测工业品不规则缺陷的方法，包括：步骤一，图像增强处理，具体包括直方图均衡化、直方图匹配；步骤二，构建网络模型；步骤三，设置网络模型相关参数，具体包括默认框的设置、默认框匹配方式、损失函数的构成。先对采集到的样本图像进行图像增强处理，使缺陷更加明显；然后以卷积神经网络cnn为基础，结合ssd目标识别模型构建缺陷检测网络模型，并合理的设计模型参数。

4、但是专利文献cn110443778a无法准确反映缺陷的真实形态，其检测准确度还有提升空间。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于多尺度模型的不规则形态缺陷建模方法及系统。

2、根据本发明提供的一种基于多尺度模型的不规则形态缺陷建模方法，包括：

3、步骤s1：对缺陷的三维形貌进行表征提取及重构，获得体现缺陷真实形态的缺陷模型；

4、步骤s2：将所述缺陷模型作为第二相，嵌入微观组织模型，实现与多尺度建模全流程的有机集成。

5、优选地，在执行步骤s1之前先通过金相显微镜对试样进行初步观测，明确整个试样中目标缺陷分布特征，选择具有不同缺陷分布的代表性试样。

6、优选地，所述步骤s1包括：

7、步骤s1.1：基于xct扫描获得多张包含缺陷分布的切片；

8、步骤s1.2：对所述切片进行预处理，逐层累加所有的切片形成三维空间缺陷特征；

9、步骤s1.3：根据全局搜索的自适应缺陷建模方法，在所述空间范围内捕捉目标缺陷，构建目标缺陷真实形态的缺陷模型。

10、优选地，所述xct扫描为xct扫描；

11、所述预处理包括图像处理、量化分析和降噪处理；

12、所述全局搜索的自适应缺陷建模方法包括根据最大缺陷尺寸设定缺陷搜索工具的尺寸，对所有缺陷切片组成的三维空间进行逐层搜索，还包括通过设定阈值、过滤器和自适应调整捕捉工具位置方式，使得能够在所有缺陷分布的空间范围内准确捕捉到目标缺陷。

13、优选地，所述步骤s2包括如下：

14、步骤s2.1：将缺陷模型和晶粒模型均视作多维矩阵，即为缺陷矩阵与晶粒矩阵；

15、步骤s2.2：将缺陷矩阵与晶粒矩阵进行点乘运算，计算得到的矩阵即为包含缺陷的微观组织模型。

16、根据本发明提供的一种基于多尺度模型的不规则形态缺陷建模系统，包括：

17、模块m1：对缺陷的三维形貌进行表征提取及重构，获得体现缺陷真实形态的缺陷模型；

18、模块m2：将所述缺陷模型作为第二相，嵌入微观组织模型，实现与多尺度建模全流程的有机集成。

19、优选地，在触发模块m1之前先通过金相显微镜对试样进行初步观测，明确整个试样中目标缺陷分布特征，选择具有不同缺陷分布的代表性试样。

20、优选地，所述模块m1包括：

21、模块m1.1：基于xct扫描获得多张包含缺陷分布的切片；

22、模块m1.2：对所述切片进行预处理，逐层累加所有的切片形成三维空间缺陷特征；

23、模块m1.3：根据全局搜索的自适应缺陷建模系统，在所述空间范围内捕捉目标缺陷，构建目标缺陷真实形态的缺陷模型。

24、优选地，所述xct扫描为xct扫描；

25、所述预处理包括图像处理、量化分析和降噪处理；

26、所述全局搜索的自适应缺陷建模系统包括根据最大缺陷尺寸设定缺陷搜索工具的尺寸，对所有缺陷切片组成的三维空间进行逐层搜索，还包括通过设定阈值、过滤器和自适应调整捕捉工具位置方式，使得能够在所有缺陷分布的空间范围内准确捕捉到目标缺陷。

27、优选地，所述模块m2包括如下：

28、模块m2.1：将缺陷模型和晶粒模型均视作多维矩阵，即为缺陷矩阵与晶粒矩阵；

29、模块m2.2：将缺陷矩阵与晶粒矩阵进行点乘运算，计算得到的矩阵即为包含缺陷的微观组织模型。

30、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

31、1、本发明的缺陷建模方法可体现不规则形态缺陷的三维真实形貌，并可集成于多尺度模拟流程中，用于反映材料制备成形过程中形成的内部缺陷对后续服役性能的影响。

32、2、本发明通过将缺陷模型与微观组织耦合建模，可使现有微观组织模型包含真实缺陷信息，从而实现与集成计算全流程的有机结合。

33、3、本发明具有普适性，不仅可匹配不同制备工艺、不同金属材料的微观缺陷，也同样适用于形态规则的孔洞缺陷。

技术特征：

1.一种基于多尺度模型的不规则形态缺陷建模方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于多尺度模型的不规则形态缺陷建模方法，其特征在于，在执行步骤s1之前先通过金相显微镜对试样进行初步观测，明确整个试样中目标缺陷分布特征，选择具有不同缺陷分布的代表性试样。

3.根据权利要求1所述的基于多尺度模型的不规则形态缺陷建模方法，其特征在于，所述步骤s1包括：

4.根据权利要求3所述的基于多尺度模型的不规则形态缺陷建模方法，其特征在于，所述xct扫描为xct扫描；

5.根据权利要求1所述的基于多尺度模型的不规则形态缺陷建模方法，其特征在于，所述步骤s2包括如下：

6.一种基于多尺度模型的不规则形态缺陷建模系统，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的基于多尺度模型的不规则形态缺陷建模系统，其特征在于，在触发模块m1之前先通过金相显微镜对试样进行初步观测，明确整个试样中目标缺陷分布特征，选择具有不同缺陷分布的代表性试样。

8.根据权利要求6所述的基于多尺度模型的不规则形态缺陷建模系统，其特征在于，所述模块m1包括：

9.根据权利要求8所述的基于多尺度模型的不规则形态缺陷建模系统，其特征在于，所述xct扫描为xct扫描；

10.根据权利要求6所述的基于多尺度模型的不规则形态缺陷建模系统，其特征在于，所述模块m2包括如下：

技术总结本发明提供了一种基于多尺度模型的不规则形态缺陷建模方法及系统，包括：对缺陷的三维形貌进行表征提取及重构，获得体现缺陷真实形态的缺陷模型；将所述缺陷模型作为第二相，嵌入微观组织模型，实现与多尺度建模全流程的有机集成。本发明的缺陷建模方法可体现不规则形态缺陷的三维真实形貌，并可集成于多尺度模拟流程中，用于反映材料制备成形过程中形成的内部缺陷对后续服役性能的影响。技术研发人员：唐伟琴,李大永,彭颖红,罗振轩受保护的技术使用者：上海交通大学技术研发日：技术公布日：2024/8/20