一直以來實(shí)驗(yàn)是學(xué)術(shù)研究者進(jìn)行材料表征、結(jié)構(gòu)性能測試等科學(xué)研究采用的最佳手段。實(shí)驗(yàn)帶來的數(shù)據(jù)是直觀、客觀且可靠的，但是受實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)邊界條件、材料均勻性、樣品精度等各方面的因素影響，實(shí)驗(yàn)往往存在局限性，實(shí)驗(yàn)過程總是不可避免地出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)誤差，并且一些周期過長、重復(fù)次數(shù)多的實(shí)驗(yàn)需要耗費(fèi)大量時(shí)間精力。于是研究者們采用計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算來代替一些難以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)以及驗(yàn)證一些難以評判可靠性的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。其中有限元模擬是計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算的一類有效方法，有限元模擬需要先建立精確的結(jié)構(gòu)模型，并確立符合實(shí)際的材料屬性，定義精準(zhǔn)的邊界條件，才能獲得有價(jià)值的仿真結(jié)果。

近年來，隨著電子顯微鏡的發(fā)展，材料的微觀結(jié)構(gòu)可以由掃描電鏡獲取清晰的圖像，而隨著有限元技術(shù)的廣泛應(yīng)用，基于圖像的微觀結(jié)構(gòu)重建模型及其有限元模擬研究正在日益增長。在許多學(xué)者的工作中，微觀結(jié)構(gòu)模型的重建與有限元模擬往往是區(qū)分為兩個(gè)步驟，其中需要使用三維繪圖軟件，并且需要借助商用有限元軟件進(jìn)行有限單元模型的網(wǎng)格劃分，對整個(gè)計(jì)算過程帶來極大的不便利。于是本發(fā)明提供一種直接將圖像像素轉(zhuǎn)換成有限元單元的方法。

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種直接將圖像像素轉(zhuǎn)換成有限元單元的方法。本發(fā)明可以直接將圖像像素轉(zhuǎn)換成有限單元模型，無需多余的軟件手動操作，能夠高效便捷地得到有限元模型以及完成計(jì)算所需要的參數(shù)定義，使其應(yīng)用于有限元模擬計(jì)算。

本發(fā)明的目的能夠通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種直接將圖像像素轉(zhuǎn)換成有限元單元的方法，包括步驟：

采用掃描電子顯微鏡(SEM)獲取研究對象的微觀圖像，并對圖像進(jìn)行圖像處理以及進(jìn)行不同相的劃分；

將圖像的像素點(diǎn)矩陣坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換成二維空間坐標(biāo)系的點(diǎn)坐標(biāo)值；

將每個(gè)像素點(diǎn)定義成一個(gè)有限單元并計(jì)算其相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，對每個(gè)單元與節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)分別進(jìn)行編號；

將網(wǎng)格模型中每個(gè)單元的材料屬性根據(jù)其圖像像素顏色進(jìn)行區(qū)分，并分別定義好相對應(yīng)的單元屬性；

建立特殊相以及各個(gè)邊界的單元和節(jié)點(diǎn)集，便于邊界條件的施加與定義。

本發(fā)明相較于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明提供的像素轉(zhuǎn)換成有限元單元及節(jié)點(diǎn)的方法簡單且有效，保證了網(wǎng)格連續(xù)性。

2、本發(fā)明中的有限元模型構(gòu)建方法可以直接將圖像轉(zhuǎn)換成模型，并且不同材料相有對應(yīng)的材料屬性，可應(yīng)用于多材料體系模型。

3、本發(fā)明最終得到的有限元模型可以直接應(yīng)用于有限元模擬計(jì)算，轉(zhuǎn)換步驟清晰、簡單，無需第三方商用建模軟件與有限元軟件的參與，大大提高了計(jì)算智能化，有效簡化了基于圖像重建模型的有限元模擬計(jì)算方法。