短纤维增强热塑性塑料纤维取向测量边缘提取方法

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1、摘要在注塑制品生产中，为了增强制品的性能，最常用的方法就是在聚合物基中添加短纤维如玻璃纤维、碳纤维(等)。纤维的存在将最终影响到制品的弹性模量、拉伸强度、熟传导、导电性能以及光学性质等。纤维的尺寸是变化的，典型的注塑用短纤维的直径O．01．0．02ram，长径比为lO．50，单位体积含有10，000／mm3个取向的纤维。在注塑充填中，悬浮在熔体中的纤维由于受到变形流场的作用，将沿一定方向取向，并且取向会随着不同的位置和不同的时刻而发生变化。最终固化到制品中纤维取向处于一个复杂状态，从而导致力学性能的各

2、向异性。因此，理解、测量纤维的取向行为，进而了解最终制品的性能具有非常重要的意义。流动诱导的纤维取向的描述主要有两种方法，一是基于取向概率分布函数，它给出了纤维沿所有方向取向概率，但需要巨大的计算量；另一种是基于取向分布函数的矩(即取向张量)来描述取向行为，通过求解取向张量的演化方程得到制件的取向分布。本论文针对短纤维增强塑料，首先利用Jeffery单纤维的动力学方程，解析研究了单个纤维在简单剪切流和拉伸流场中纤维的运动轨迹和取向行为，并主要采用取向张量的方法研究流动诱导的纤维取向，通过对纤维取向行为

3、的理论研究，采用取向概率分布函数与取向矢量的内积构造取向张量，并讨论了取向分布函数和取向张量之间的关系。在此基础上，重点研究了二阶取向张量和四阶取向张量的性质，分析了不同取向状态下，取向张量的特征值，不变量的性质和特点。为下一步和图象处理结果相结合打下理论基础，同时，本文初步讨论了数字图象处理技术在纤维图象上(取向测量中)的应用。首先进行纤维图象增强处理。纤维图象增强主要采用灰度变换、图象平滑、图象锐化等方法。灰度变换调整改变纤维图象的灰度，突出了感兴趣的区域。采用有效的图象平滑方法对纤维图象进行平滑

4、降噪处理，消除图象数字化和传输时所混入的噪声，提高了图象的视觉效果。利用图象锐化处理突出纤维的边缘信息，加强纤维的轮廓特征，以便于一些基本特征的提取，比较各种图象锐化方法处理纤维图象时的结果。在图象分割处理方面，对各种图象分割方法进行了较详细的综述，指出现有方法的实现原理与特点，着重研究了纤维图象的canny边缘分割方法，并有效地实现纤维的边缘提取。关键词：短纤维增强纤维取向分布函数取向张量图象增强边缘检测ABSTRACTAcommonpracticeininjectionmoldingisreinf

5、orcingthepolymermatrixwithshortfibers，thepurposebeingtoimprovethemechanicalpropertiesofthematerial．Propertiesareaffectedbythepresenceofthefibersincludetheelasticmodulus，thetensilestrength,andthethermalandelectricalconductivities．Thesizeoffibervaries．Usu

6、allythetypicalinjectionmoldedshort-fiberdimensionisabouttentotwentymicronsinradiusandtentofi衄inaspectratio．Therea∞aboutroughly10，000fiberpercubicmillimeterorientedinvariousdirection．Duringthe询ectionmoldingfillingprocess,thesuspendedfibersorientinrespons

7、etothekinematicsoftheflow．Theorientationstateoffiberschangeswithtimeandposition．Consequently,thefinalmicmstrnctureofthesolidifiedcompositeiscomplex．Andthemechanicalpropertiesofthematerialareanisotropic．Fiberorientationcansignificantlyaffectthemechanical

8、properlyofparts，whicheithermadepartsdevelopinganisotropicpropertyordevelopresidualstressduetowhichsolidifiedinthepartscausepartstowarpdeformation．Fiberorientationisthemainpropertiesoftheparts'microstructure．Duetotheroleofthemicro