Homogenization of the elastic properties of pyrolytic carbon based on an image processing technique
Homogenization of the elastic properties of pyrolytic carbon based on an image processing technique
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基于图像处理技术的热解碳弹性性能均化
DOI：
10.1002/zamm.201100180
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发表时间：
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期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
T. Gross
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
T. Böhlke;T.-A. Langhoff;S. Lin;T. Gross
在这项工作中，热解碳的不同纹理变体的线弹性材料特性从亚微米到微米尺度都是均匀的。在高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）的晶格条纹图像中，热解碳的微观结构表现为石墨烯层的投影。根据取向分布，对热解炭的织构进行了分类。假设单个石墨烯层的空间取向为von Mises-Fisher分布，则图像平面中投影层的取向分布函数被解析地发现是修改的Struve函数。对于每个热解碳纹理，数值获得von Mises-Fisher分布的平均取向和浓度参数的最大似然估计。因此，傅立叶变换和适当的滤波器用于直接从HRTEM图像确定石墨烯层的离散取向的概率。计算了不同织构热解碳的线弹性性质的一阶和二阶边界。石墨和热解石墨的弹性常数已被用于在连续力学设置内对石墨烯层的弹性行为进行建模。由于热解碳的所有分析纹理的高度各向异性，即使在二阶边界之间的差异也相当大。
In this work, the linear elastic material properties of differently textured variants of pyrolytic carbon are homogenized from the submicro‐ to the micro‐scale. In high resolution transmission electron microscope (HRTEM) lattice fringe images, the microstructure of pyrolytic carbon manifests itself in terms of projections of graphene layers. According to their orientation distribution, different textures of pyrolytic carbon have been classified. Assuming a von Mises‐Fisher distribution for the spatial orientation of single graphene layers, the orientation distribution function of the projected layers in the image plane is analytically found to be a modified Struve function. For each pyrolytic carbon texture, Maximum‐likelihood estimates for the mean orientation and the concentration parameter of the von Mises‐Fisher distribution are obtained numerically. Hereby, Fourier transformation and appropriate filters are used to determine the probabilities for discrete orientations of the graphene layers directly from HRTEM images. First‐ and second‐order bounds of the linear elastic properties of pyrolytic carbon of the different textures are computed. Elastic constants of graphite and pyrolytic graphite have been used for modeling the elastic behavior of the graphene layers within a continuum mechanical setting. Due to the high anisotropy of all analyzed textures of pyrolytic carbon, the differences even between the second‐order bounds are quite large.
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