Спосіб визначення показника регулярності мікроструктури

Реферат: UA 96309 U UA 96309 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до обробки зображень мікроструктур матеріалів і може бути використана у галузі матеріалознавства для поглиблення та доповнення результатів кількісної металографії металевих, композиційних та інших матеріалів. Найбільш близьким до заявленого технічного рішення є спосіб визначення розмірності Мінковського, при якому на зображення наносять регулярну ортогональну сітку та, якщо в комірку сітки потрапляє хоча б один елемент зображення, цю комірку зафарбовують, а потім підраховують розмірність Мінковського за формулою, у яку входять кількість зафарбованих комірок та розмір комірки (Falconer K. Fractal Geometry: Mathematical Foundations and Applications. - New York: John Wiley & Sons, 1990. - P. 40). Недоліком відомого способу є те, що розмірність Мінковського характеризує лише самоподібність зображення мікроструктури її елементам. Суттєва вада прототипу полягає в тому, що самоподібність мікроструктури не є характеристикою, що дозволяє робити однозначні висновки про придатність матеріалу для вирішення тих чи інших технічних задач, тобто точність визначення кількісної характеристики мікроструктури є недостатньою. В основу корисної моделі "Спосіб визначення показника регулярності мікроструктури" поставлено задачу кількісної оцінки наближення зображення мікроструктури матеріалу до ідеалізованої регулярної. Задача вирішується наступним способом. На зображення наносять ортогональну сітку. Комірки, у які потрапляє хоча б одна частинка певної складової мікроструктури, умовно зафарбовують. Суть корисної моделі полягає у наступному. Розмір комірки сітки приймають рівним найменшій відстані між центрами частинок, якщо реальну мікроструктуру апроксимують ідеалізованою регулярною з рівновіддаленими частинками, або другій у порядку зростання величині відстані між центрами частинок, якщо реальну мікроструктуру апроксимують ідеалізованою регулярною з різними по горизонталі та по вертикалі відстанями між центрами частинок, або шостій у порядку зростання величині відстані між центрами частинок, якщо реальну мікроструктуру апроксимують ідеалізованою регулярною з розміщенням частинок у шаховому порядку, а числове значення показника регулярності мікроструктури визначають як відношення числа зафарбованих комірок до загального числа комірок сітки. Відношення кількості зафарбованих комірок до загальної кількості комірок у сітці є частотою потрапляння частинки певної складової мікроструктури у комірку, яка при досить великій кількості комірок сходиться до ймовірності потрапляння частинки в комірку сітки, тобто однозначно характеризує ступінь наближення структури, що її аналізують, до ідеальної регулярної. Тоді кількісний показник регулярності мікроструктури, який обчислюють запропонованим способом, має прозорий фізичний сенс: чим ближча реальна структура до регулярної, тим ближчий до одиниці показник регулярності. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями. На фіг. 1а наведено схему ідеалізованої регулярної мікроструктури зі сферичними частинками, що мають радіус r, та з відстанню між центрами частинок, що дорівнює а. Очевидно, що при накритті такої структури ортогональною сіткою з розміром комірки, що дорівнює а, у кожну комірку сітки попаде принаймні одна частинка незалежно від зміщення сітки відносно лінії центрів частинок. Очевидно, що при меншому розмірі комірки сітки, деякі частинки не потраплять у "свої" комірки навіть при ідеально регулярній структурі, а прозорий фізичний сенс показника регулярності буде втрачено. Відмітимо, що у даному випадку розмір а є найменшою міжцентровою відстанню. На фіг. 1б наведено схему ідеалізованої регулярної структури з такими самими частинками, як у попередньому випадку, але відстань між центрами сусідніх частинок тепер складає а по горизонталі та b по вертикалі. Мінімальний розмір комірки сітки, за якого у кожну комірку сітки потрапить принаймні одна частинка мікроструктури, знов дорівнюватиме а. Очевидно, що за розміру комірки сітки b, або меншому, у комірки сітки не попадуть частинки, що лежать на одній лінії центрів, через що прозорий фізичний зміст показника буде втрачено. Відмітимо також, що розмір а у даному випадку дорівнюватиме другій у порядку збільшення величині міжцентрової відстані. На фіг. 1в наведено схему ідеалізованої регулярної структури з розміщенням частинок у несиметрично-шаховому порядку, де с ≠ a/2 і d ≠ b/2. Очевидно, що й у цьому випадку сітка з розміром комірки а накриє всі частинки структури, при цьому розмір а буде дорівнювати шостій у порядку зростання величині міжцентрової відстані. На фіг. 1г показано принцип розрахунку показника регулярності мікроструктури за запропонованою корисною моделлю. Сім комірок сітки, у які повністю або частково потрапили частинки певної структурної складової, зафарбували, дві залишили незафарбованими. Для мікроструктури, показаної на фіг. 1г показник регулярності складає 7/9 ≈ 0,78. 1 UA 96309 U 5 10 15 Застосування запропонованої корисної моделі ілюструє фіг. 2. Цей випадок є конкретним прикладом виконання способу, що заявляється. Зображення на фіг. 2а являє собою фрагмент фотографії мікроструктури композитного матеріалу Al-ТіС, отриманого методом гарячого штампування з попереднім змішуванням порошків, а зображення на фіг. 2б - такого ж матеріалу, але з попереднім подрібненням вихідних порошків у планетарному млину. Частинки твердої фази (світлого кольору) на зображенні мікроструктури фіг. 2б розміщені більш регулярно, ніж на зображенні мікроструктури фіг. 2а. Це підтверджує розрахунок показника регулярності за запропонованим способом. На фіг. 2в та 2г наведено відповідні діаграми зафарбовування комірок сітки. Показник регулярності структури, розрахований за цими діаграмами при апроксимації реальної мікроструктури ідеалізованою регулярною з розміщенням частинок у шаховому порядку, дорівнює відповідно 0,54 та 0,91. Ефективність способу, що пропонується, підтверджено результатами обробки реальних зображень мікроструктур порошкових матеріалів. Корисна модель стосується обробки зображень мікроструктур матеріалів і може бути використана у галузі матеріалознавства для поглиблення та доповнення результатів кількісної металографії металевих, композиційних та інших матеріалів кількісним показником регулярності мікроструктури. Запропонований спосіб визначення показника регулярності мікроструктури дозволяє оцінити придатність матеріалів зокрема у якості високоміцних або триботехнічних не тільки інтуїтивно якісно, але й кількісно. 20 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Спосіб визначення показника регулярності мікроструктури, при якому на її зображення наносять ортогональну сітку та умовно зафарбовують комірки, до яких потрапив хоча б один фрагмент частинки певної структурної складової, який відрізняється тим, що розмір комірки сітки приймають рівним мінімальній відстані між центрами частинок, якщо реальну мікроструктуру апроксимують ідеалізованою регулярною з рівновіддаленими частинками, або другій у порядку зростання величині відстані між центрами частинок, якщо реальну мікроструктуру апроксимують ідеалізованою регулярною з різними по горизонталі та по вертикалі відстанями між центрами частинок, або шостій у порядку зростання величині відстані між центрами частинок, якщо реальну мікроструктуру апроксимують ідеалізованою регулярною з розміщенням частинок у шаховому порядку, а числове значення показника регулярності мікроструктури визначають як відношення числа зафарбованих комірок до загального числа комірок сітки. 2 UA 96309 U 3 UA 96309 U Комп’ютерна верстка М. Шамоніна Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4