用于表征一種由編織復合材料制成的部件的方法
【專利說明】用于表征一種由編織復合材料制成的部件的方法 技術背景
[0001] 本發明涉及表征材料和結構的領域，特別地由具有編織纖維加固物的復合材料制 成的機械工程行業的部件。由于與由其他材料制成的部件相比的其堅固性及其低重量，這 種部件越來越多地用于航空領域。這些部件也很容易制造。在所涉及的部件中，特別地涉及 發動機部件，包括燃氣輪機的葉片或殼體。由于這種部件的特定結構，其中纖維加固物嵌入 在基質中，需要在工業生產過程中的任何時候、或在所討論部件正在使用時能夠檢測該編 織纖維加固物的特性。這使得可以發現該部件中的疲勞或磨損水平并識別缺陷或損壞，如 果有的話。自然地，由于編織加固物嵌入在該基質中，很難接近它，并且已知方法通常是破 壞性的，其在大量生產和使用這種部件的背景下是不令人滿意的。因此，期望具有非破壞性 的表征該纖維加固物的方法。
[0002] X射線斷層掃描（由計算機計算的軸向斷層掃描或CT掃描)是一種對物品內側實施 非破壞性檢測的已知方法。它包括在多個平面上作用以測量由該材料施加到X射線束的衰 減。然后從在每個平面中拾取的數據重建三維圖像。之后，可以制作三維圖像分段，從而使 該材料的結構在每個剖面中可視化。
[0003] 當被施加到具有編織加固物的復合材料時，一種如上所述的方法很不實際或會產 生很少令人滿意的結果。該編織加固物包括一種大尺寸的物品，其具有許多彼此平行的經 紗線和同樣彼此平行的煒紗線，這兩組平行紗線限定該編織的主要定向或特性方向。經紗 線列之間的平均距離以及煒紗列之間的平均距離（經紗線之間的距離以及煒紗之間的距 離，或經線間的距離和煒線間的距離）構成適用于在該編織均勻的區域中正確地表征該加 固物的信息。然而基于三維圖像的二維分段或基于多個這種分段確定這種信息涉及很單調 乏味以及難以實現自動化的工作。為了很好地實施，需要識別煒紗層和經紗層并由此推斷 其各自的間距。任何這種測量涉及操作者方面的主觀性，并且可被圖像中的各種噪聲干擾。 此外，根據所研究的該部件的形狀，被研究的分段很難識別，并且也需要研究多個分段以獲 得可靠的結果。使這種過程工業化因此不容易，或者甚至不可能實施。

【發明內容】
[0004] 及優點
[0005] 為了解決該困難并提出一種很容易自動化并且提供可靠結果的非破壞性的方法， 提供了一種表征一個由編織復合材料制成的部件的方法，該方法包括對于用作自相關間隔 的多個空間向量，計算在觀察窗中采集的該部件體積的三維圖像的自相關值，然后在編織 的主要定向（特性方向）上檢測該自相關值中的至少一個局部極值，從而在觀察窗中確定對 于相鄰平行紗線之間的距離的平均值。
[0006] 自相關的一個特性是用于獲得唯一全局最大值，該值被獲得用于零向量。對于與 該編織的特性方向平行的向量，其也具有在與所討論特性方向平行的向量空間中沿直線彼 此跟隨的局部最大值。這些最大值可以在向量空間分段中以葉瓣形式被可視化。通過檢測 這些局部最大值的至少一個(或在兩個連續最大值之間的最小值），可通過參考從其到該零 向量的距離來獲得在相鄰平行紗線之間的多個距離。如果已經檢測到了與該零向量最接近 的局部最大值，那么這直接接近在相鄰平行紗線之間的距離。
[0007] 通過利用自相關，該方法消除了當操作員直觀地讀取該部件體積的圖像時所產生 的主觀性。因此，該方法更準確且更可靠。這就是為什么該方法也不對噪聲很敏感的原因。 可以通過利用該部件體積圖像的三維空間以非破壞性方式測量貫穿該部件的經紗線間和 煒紗間的距離，而人類操作員通常在該體積圖像的二維分段上操作。最后，它可被自動化， 并且因此比依靠于通過人類操作員讀取的方法更快。總之，它比不使用自相關的技術更準 確和更容易實現。
[0008] 需要指出的是，該方法適用于通過X射線斷層掃描或通過使該部件的體積成像的 任何其他技術所采集的圖像。特別地，不應忘記的是，X射線并不是必要的，其他斷層掃描方 法是已知的，特別地核磁共振(NMR)斷層掃描。
[0009]在一個非常有利的實施方式中，通過使用Wiener-Khinchin定理計算該自相關值， 即通過使用由直接和逆傅里葉變換以及復數的模量函數組成的數學函數，并將其應用到所 研究的復合材料部件的三維圖像。這是一種很簡單、適用于自動化，以及連續和詳盡地計算 所有自相關函數的過程，從而可以對在被稱為"自相關"圖像的三維"圖像"中組合在一起的 自相關值實施高質量研究。
[0010] 在一個特定實施方式中，該方法包括檢測在多個向量中，例如在自相關圖像中該 編織的特性方向。這涉及識別與經紗線或煒紗線方向對應的局部和全局最大值的對準。
[0011] 在一個與先前的實施方式可選地組合的實施方式中，該方法包括預先重新對準該 復合材料部件的三維圖像，以使該編織軸線(特性方向）與該圖像的軸線對準。
[0012] 為了完全地表征該部件，該方法可自然地提供用于檢測該煒紗線方向和該經紗線 方向的極值，從而在觀察窗中確定分別對于在相鄰經紗線之間和在相鄰煒紗之間距離的平 均值。然而，可在僅注意煒紗或僅注意經紗線的同時實施該方法。
[0013] 需要指出的是，在一個很容易實施的實施方式中，所使用的極值為最大值并且可 特別地關注連續的極值。所使用的極值通常包括被獲得用于零向量的全局最大值，但也可 以通過研究兩個連續的局部極值而省略。
[0014] 特別提出了該方法用于研究一種由三維編織復合材料制成的部件和/或包含在碳 基質中的碳纖維的部件。例如，該部件可以是航空發動機的葉片或外殼。
[0015] 盡管本發明集中在分析該圖像上，本發明還提供了一種涉及不僅利用該圖像也采 集它的方法。
[0016] 以下參考附圖進行該描述。
[0017] 附圖列表
[0018] 圖1是在具有編織纖維加固物的復合材料部件中使用的三維編織的示意圖。
[0019] 圖2是示出本發明一個實施方式的流程圖。
[0020] 圖3是一個由復合材料制成的部件的三維圖像的三維自相關圖像(一種復合材料 部件的三維圖像的自相關圖像)的分段的表面透視圖。
[0021] 圖4和圖5是在圖1實施方式的最后步驟中獲得的曲線。
[0022] 圖6是示出本發明第二實施方式的流程圖。
[0023]本發明實施方式的詳細描述
[0024]本發明適用于由具有編織纖維加固物的復合材料制成的部件，在整個部件中使用 給定的編織圖案進行該編織，或可能使用多個編織圖案，該圖案由過渡區域分隔。該編織可 以是二維編織或三維編織，然后在涉及該部件的機械強度方面具有明顯優點。一種三維編 織圖案如圖1所示。煒紗線間的距離在其中被標記為A，以及經紗線間的距離被標記為B。 [0025]不管其是否為二維或三維，該編織基于使經紗線和煒紗線交錯，彼此平行的經紗 線橫跨同樣彼此平行的煒紗。對于給定的編織圖案，在兩個過渡區域之間，在兩個相鄰經紗 線之間的距離基本恒定，并且兩個相鄰煒紗線之間的距離同樣基本恒定。連同其它項幾何 信息一起，這兩個距離表征該編織圖案以及也表征部件的疲勞或磨損狀態。
[0026] 以下是參考圖2給出并應用到這種復合材料部件的本發明一個實施方式的描述， 如一種由包括在碳基質中碳纖維的復合材料制成的部件。
[0027] 在步驟100中，一種圖像由通過X射線斷層掃描的部件構成。應該記住的是，X射線 斷層掃描包括測量在物