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《大连理工大学》 2004年
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金属腐蚀形貌特征提取用于腐蚀诊断的研究

张玮  
【摘要】:在腐蚀工程中,腐蚀图像与腐蚀数据是判断各种腐蚀类型、评价腐蚀程度、研究腐蚀规律与特征的重要依据。对大量金属材料的腐蚀图像进行人工识别和诊断是一项冗长的工作,而且容易受主观因素的影响。如何从大量的腐蚀图像中提取丰富的腐蚀信息,将这些信息进行定量描述,并转变为计算机能够自动识别的信息,以便从中获取知识,对腐蚀类型和腐蚀程度进行客观而准确的诊断和评价,是腐蚀科学与工程技术研究的前沿课题之一。 本文采用灰度变换、小波变换和图像二值化等数字图像处理技术,对304不锈钢、5454铝合金、20~#碳钢和工业纯铝的表面腐蚀图像进行特征提取。结合多层前馈式反向传播(Back Propagation—BP)神经网络,建立了基于腐蚀形貌特征的腐蚀诊断方法。同时,应用分形方法,对金属材料腐蚀表面的凹凸起伏、不规则等形貌特征以及蚀孔分布的复杂规律进行了研究,为诊断腐蚀类型和腐蚀程度提供了一条新的途径。 首先,系统地研究了腐蚀图像预处理和分割的方法。以工业循环水中发生腐蚀的5454铝合金表面形貌图像为实例,将腐蚀图像数字化为灰度数据矩阵。用灰度变换增强了腐蚀区域与材料基体的对比度,使图像中的腐蚀部位特征明显。用Sobel算子和Prewitt算子检测和分割出腐蚀区域的分布及轮廓。 采用灰度数据矩阵统计、小波变换和二值化三种方法对在FeCl_3溶液中化学浸泡和电化学测试获取的304不锈钢表面孔蚀形貌图像进行特征提取。在腐蚀图像二值化的基础上,以8-邻域的二值特征提取算法,计算出以像素点个数表示的孔蚀面积,并采用像素点集合求得蚀孔数目。平均值、标准差、能量和熵等灰度数据矩阵统计特征值的不同,反映出304不锈钢孔蚀表面腐蚀形貌凹凸起伏变化的复杂特征。腐蚀形貌图像的低频子图像和高频子图像用二级小波变换分解出,既能够区分腐蚀区域和基体,又减少了图像数据矩阵的运算量。 其次,将304不锈钢和碳钢表面腐蚀形貌图像的各向异性能量参数和小波变换后子图像的能量参数作为腐蚀类型判据,建立了孔蚀和均匀腐蚀类型的BP 摘要 神经网络诊断模型,诊断结果与实验结果相符合。以化学浸泡后304不锈钢腐 蚀二值图像的特征值一腐蚀率及蚀孔密度作为输入因子,建立了基于BP神经 网络的孔蚀速率诊断模型。诊断结果表明:2一5-1结构的神经网络具有较好的诊 断精度,孔蚀失重诊断值与实测值最大误差为8.81%。将304不锈钢电化学测 试的腐蚀介质浓度、温度以及304不锈钢表面腐蚀率、蚀孔密度、蚀孔分布分 维值等图像特征值作为神经网络的输入参数,诊断腐蚀速率(孔蚀失重)和蚀 孔深度。网络训练和检验结果表明:6一8一2结构的神经网络对腐蚀速率和蚀孔深 度的仿真检验结果与实测结果吻合较好,腐蚀速率的检验相对误差最大为6.69 %,蚀孔深度的检验最大相对误差为4.62%。 最后,采用灰度分析方法,研究了海水一HZS和工业循环水中发生均匀腐 蚀的20#碳钢以及Fecl3溶液中化学浸泡后发生孔蚀的304不锈钢形貌,发现腐 蚀形貌具有分形特征,且形貌分维值与实测腐蚀速率之间具有相关性。用盒子 维法研究了FeC13溶液中电化学测试后的304不锈钢及自来水环境中发生孔蚀 的工业纯铝的表面蚀孔分布特征,结果表明蚀孔的分布也具有分形特征。304 不锈钢表面蚀孔分布分维值与腐蚀介质的温度、浓度均有相关性,工业纯铝表 面蚀孔分布分维值随化学浸泡时间的延长而增大,与孔蚀失重趋势相一致。因 此,形貌分维和表面蚀孔分布分维可作为描述孔蚀形貌特征的重要参数,用于 腐蚀形貌特征提取和腐蚀诊断。 关键词:腐蚀形貌;特征提取;BP神经网络;分形;孔蚀;诊断
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TG174.4

【引证文献】
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1 穆志韬;王国才;朱做涛;;基于图像处理技术的铝合金腐蚀分形特征[J];海军航空工程学院学报;2011年01期
2 孙辽;姚卫星;;LC4CS腐蚀轮廓线分形特性研究[J];江苏航空;2012年S1期
3 陈跃良;杨茂胜;张勇;;考虑微动影响的搭接结构应力强度因子有限元分析[J];失效分析与预防;2011年04期
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 张新生,许淳淳,胡钢;亚稳态304不锈钢应力腐蚀影响因素探讨[J];电化学;2003年03期
4 李洪锡,银耀德,张淑泉,高英;低合金钢土壤腐蚀性能灰色模型研究[J];腐蚀科学与防护技术;1993年02期
5 郭稚弧,金名惠,桂修文,孟厦兰,邢政良,罗逸;神经网络在金属土壤腐蚀研究中的应用[J];腐蚀科学与防护技术;1995年03期
6 范颖芳,周晶,冯新;受腐蚀钢筋混凝土构件破坏过程的分形行为[J];工程力学;2002年05期
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8 王守琰,孔德英,宋诗哲;基于模糊模式识别的金属材料海水腐蚀形貌诊断系统[J];金属学报;2001年05期
9 宋诗哲,王守琰,高志明,宋诗哲,张晓云,马颐军,李家柱;图像识别技术研究有色金属大气腐蚀早期行为[J];金属学报;2002年08期
10 梁成浩,彭乔,王毓英;太阳能热水器工业纯铝集热板耐蚀性能的研究[J];太阳能学报;1992年04期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邓勤;若干个不同部件并联可修系统可用度的研究[J];阿坝师范高等专科学校学报;2005年03期
2 李果,刘涛,费金新,饶丹,郭兵兵;干湿循环混凝土内钢筋腐蚀加速效应机理的研究[J];四川建筑科学研究;2005年05期
3 王倩;蒋林华;张京丰;徐海群;;模糊神经网络在粉煤灰混凝土强度预测中的应用[J];四川建筑科学研究;2006年06期
4 冉志红;李乔;;基于分形的结构损伤识别方法研究[J];四川建筑科学研究;2008年06期
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6 陈晓红;分形图产生方法研究和比较[J];安徽教育学院学报;2004年03期
7 倪志伟;;BP网络中激活函数的深入研究[J];安徽大学学报(自然科学版);1997年03期
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9 余丙荣;周明龙;李玲纯;;基于遗传算法的WANN的汽车发动机故障诊断分析[J];安徽工程大学学报;2011年01期
10 张久彪,赵芸;一个改进的约束满足模型[J];安徽机电学院学报(自然科学版);1997年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 施式亮;何利文;伍爱友;李润求;;基于分形学的瓦斯爆炸事故时序数据分析模型及应用[A];中国职业安全健康协会2011年学术年会论文集[C];2011年
2 李新俊;卢靖;刘雪峰;;盐雾防护技术研究的新进展[A];第五届电子产品防护技术研讨会论文集(续)[C];2006年
3 刘士荣;何文波;;基于强跟踪粒子滤波器的非线性系统故障诊断[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 胡文金;周东华;;基于输入等价干扰的DC-DC变换器自适应控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 张娟;陈杰;段梅;;基于神经网络和广义经典分配算法的多传感器航迹关联[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 谭琳;文成林;;一种基于多模式的故障检测方法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 隋金雪;杨莉;华臻;张鑫;;改进的BP网络在火焰燃烧状态识别中的应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
8 江萍;;车牌分割中的阈值选择策略[A];'2003系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2003年
9 陈磊;孙炯明;宋洪海;;某空压机一级叶轮叶片断裂原因分析[A];2011年全国失效分析学术会议论文集[C];2011年
10 孟庆娟;高建岭;白玉星;;阻锈剂在石化结构基础中应用的几个问题[A];北京力学会第十六届学术年会论文集[C];2010年
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1 夏全喜;车载组合导航系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 李高云;大型船舶航向/航迹智能容错控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 王小旭;非线性SPKF滤波算法研究及其在组合导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 刘晓兰;镁合金化学转化膜成膜机理及其载波改性的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 李华文;船舶交通管理系统经济社会影响评价研究[D];大连海事大学;2010年
6 张进;地震叠前数据的弹性阻抗非线性反演方法研究[D];中国海洋大学;2009年
7 邹妍;海水中锈层覆盖碳钢的腐蚀电化学行为研究[D];中国海洋大学;2010年
8 朱松;随机回归神经网络的动力学行为研究[D];华中科技大学;2010年
9 韩守东;纹理建模与图切分优化方法研究[D];华中科技大学;2010年
10 刘强;基于复杂系统的铁路客流预测方法研究[D];中国铁道科学研究院;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 代宏伟;布里渊散射水下探测目标的自动识别[D];南昌航空大学;2010年
2 徐珊;奥氏体不锈钢点蚀行为的研究[D];南昌航空大学;2010年
3 李新义;红壤土壤腐蚀直接、连续监测技术的研究[D];南昌航空大学;2010年
4 杜武青;西部大气环境中聚酯玻璃钢老化及室内外老化相关性研究[D];南昌航空大学;2010年
5 梁健能;室内模拟实验研究AZ91D镁合金的腐蚀行为[D];南昌航空大学;2010年
6 蒲锰;非侵入式矿井提升机PLC电控系统实时故障诊断方法的研究[D];山东科技大学;2010年
7 滕景忠;智能瓦斯传感器的研制[D];山东科技大学;2010年
8 李安新;BP神经网络研究与硬件实现[D];山东科技大学;2010年
9 陈少华;基于Hopfield神经网络控制系统的研究[D];山东科技大学;2010年
10 管泽鑫;基于图像的水稻病害识别方法的研究[D];浙江理工大学;2010年
【同被引文献】
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1 纪钢,李红梅,张伦武;对镀层材料外观腐蚀特征的识别及分析处理[J];表面技术;2001年01期
2 张玮,梁成浩;金属材料表面腐蚀形貌分形特征提取[J];大连理工大学学报;2003年01期
3 范颖芳,周晶,冯新;受腐蚀钢筋混凝土构件破坏过程的分形行为[J];工程力学;2002年05期
4 穆志韬;王国才;朱做涛;;基于图像处理技术的铝合金腐蚀分形特征[J];海军航空工程学院学报;2011年01期
5 宋诗哲,王守琰,高志明,宋诗哲,张晓云,马颐军,李家柱;图像识别技术研究有色金属大气腐蚀早期行为[J];金属学报;2002年08期
6 王守琰,宋诗哲;基于分形的金属材料海水腐蚀形貌图像分析诊断系统[J];金属学报;2004年01期
7 吕俊哲;图像二值化算法研究及其实现[J];科技情报开发与经济;2004年12期
8 卞贵学;陈跃良;俞品仕;郁大照;;基于分形理论的铝合金腐蚀损伤研究[J];强度与环境;2009年01期
9 张丽;王国安;蒙秋红;;铰接销轴磨损失效分析及改进[J];失效分析与预防;2010年01期
10 陈永红;张大发;王悦民;徐水来;;基于分形理论的核动力管道腐蚀坑深度预测模型研究[J];原子能科学技术;2009年08期
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1 韦丽金;点蚀疲劳寿命估算的投影面积法[D];南京航空航天大学;2008年
【二级引证文献】
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1 林建辉;任呈强;刘丽;单江;柳海;;金属腐蚀形貌的分形特性研究综述[J];材料导报;2013年09期
2 赵凯;李冬;苏维国;李海宁;;基于排列组合熵的铝合金腐蚀灰度特征提取方法[J];海军航空工程学院学报;2012年06期
3 孙辽;姚卫星;;LC4CS腐蚀轮廓线分形特性研究[J];江苏航空;2012年S1期
4 孙辽;姚卫星;;铝合金蚀坑损伤参量评述[J];力学与实践;2013年04期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 许淳淳,张新生,胡钢;AISI304不锈钢在冷加工过程中的微观组织变化[J];北京化工大学学报(自然科学版);2002年06期
2 纪钢,李红梅,张伦武;对镀层材料外观腐蚀特征的识别及分析处理[J];表面技术;2001年01期
3 宋诗哲,靳世久,宋小平,徐云海,李健,廖宇平,赖广森,刘玲莉;土壤中钢铁表面防护层缺陷的电化学检测[J];电化学;1999年02期
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8 唐其环;低合金钢大气腐蚀数据拟合及预测──GM(11)模型与回归模型的对比分析[J];腐蚀科学与防护技术;1995年03期
9 郭稚弧,金名惠,桂修文,孟厦兰,邢政良,罗逸;神经网络在金属土壤腐蚀研究中的应用[J];腐蚀科学与防护技术;1995年03期
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【相似文献】
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1 陈建华,黄安,吴章耀;ZnBTA对铝合金在中性NaCl溶液中孔蚀的抑制作用[J];东北大学学报(自然科学版);1992年01期
2 冯斌,曾凌三,旷亚非;铝阳极氧化膜在氯化钠溶液中的孔蚀行为(Ⅱ)──膜层的极化行为与孔蚀形貌[J];表面技术;2000年01期
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4 梁成浩,高扬;敏化对不锈钢孔蚀性能的影响[J];腐蚀科学与防护技术;1996年04期
5 钱海军,张树霞,刘小光;316L不锈钢孔蚀的阴极极化控制[J];全面腐蚀控制;1996年01期
6 冯斌,旷亚非,曾凌山;铝阳极氧化膜在氯化钠溶液中的孔蚀行为(Ⅰ)——氧化膜双层结构与耐孔蚀性能[J];表面技术;1999年06期
7 郭光伟,朱胜利,温旭光;在中性NaCl溶液中工业纯Al孔蚀发展过程的研究[J];腐蚀科学与防护技术;2001年S1期
8 郝繁庆,徐光明;硫氰酸钠湿纺腈纶设备的孔蚀与防护[J];广东化纤;2002年01期
9 彭乔,火时中,朱足够;低碳钢(A3)电解孔蚀行为的研究[J];腐蚀科学与防护技术;1990年03期
10 杨迈之,陈利,蔡生民;硼酸-硼砂缓冲液中铁的孔蚀及缓蚀剂PC-604作用的光电化学研究[J];中国腐蚀与防护学报;1996年04期
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1 陈跃良;谭晓明;段成美;;孔蚀对飞机结构静强度影响规律研究[A];第十二届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2004年
2 张恒;李安平;黄宁;潘应君;徐峰;;热喷涂Zn-Al合金的特性[A];第四届全国表面工程学术交流大会论文集[C];2001年
3 王建民;陈学群;李国民;;低合金钢孔蚀“自催化酸化作用”理论的探讨[A];2004年腐蚀电化学及测试方法学术交流会论文集[C];2004年
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5 盂宪级;孙中子;王维;;铝合金在地热水中的孔蚀倾向研究[A];第三次全国地热学术会议论文选集[C];1989年
6 杜敏;孙晓霞;高荣杰;李海涛;;双层化学镀工艺及镀层耐孔蚀性能的研究[A];第七届全国化学镀会议论文集[C];2004年
7 柴海容;安静敏;;碱性含酶清洗剂使用体会[A];中华护理学会第5届全国消毒供应中心发展论坛论文汇编[C];2009年
8 李建平;陆伟;魏云峰;牟泽胜;;TARIM油田分公司地下某些管件的腐蚀与防护措施[A];第二届石油石化工业用材研讨会论文集[C];2001年
9 李淑英;王云翔;;316不锈钢在醋酸介质中的电化学行为研究[A];2004年腐蚀电化学及测试方法学术交流会论文集[C];2004年
10 姬杰;;胜利油田集输系统常见腐蚀研究[A];山东石油学会第三届腐蚀与防护技术学术交流会论文集[C];2005年
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1 海英;引领世界的船舶用钢铁材料[N];世界金属导报;2008年
2 郭廷杰;日本高性能不锈钢的种类和用途简介(之一)[N];世界金属导报;2003年
3 辽宁 周德麟;电热水器内胆的阴极保护[N];电子报;2004年
4 吴玖;双相不锈钢的特性与应用(摘要)[N];世界金属导报;2003年
5 张书乔 刘静丽;长城二号缓蚀剂获国家级新产品证书[N];中国有色金属报;2000年
6 本报记者 王繁泓;防腐蚀:技术创新任重道远[N];中国化工报;2005年
7 全荣;日本不锈钢的发展[N];世界金属导报;2011年
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1 张玮;金属腐蚀形貌特征提取用于腐蚀诊断的研究[D];大连理工大学;2004年
2 卢建树;超临界水氧化系统中合金腐蚀研究[D];浙江大学;2002年
3 袁传军;铝、锌、镁合金电化学性能及机理研究[D];大连理工大学;2010年
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1 张玉忠;“青铜病”的机理及防治方法研究[D];北京化工大学;2000年
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8 王玲利;直接电解海水防污用阳极的制备及性能研究[D];大连理工大学;2007年
9 胡钢;奥氏体304不锈钢马氏体相变与孔蚀敏感性的相关性研究[D];北京化工大学;2002年
10 韦冬萍;碳钢在含热稳定性盐的N-甲基二乙醇胺介质中的腐蚀行为研究[D];厦门大学;2007年
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