基于点云数据的Q345qD钢点蚀特征分析

作     者：刘豪 陈一馨 杨帅 刘永生 

作者机构：长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室 

出 版 物：《钢铁》 (Iron & Steel)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：陕西省自然科学基础研究计划资助项目(2022JQ-576) 陕西省交通运输厅项目(21-04X) 

主　　题：Q345qD钢 点云处理 腐蚀坑深度 腐蚀坑面积 分布规律统计 

摘      要：处于濒海环境的钢桥在腐蚀初期会产生点蚀现象，腐蚀坑的出现易加剧局部应力集中和结构承载能力劣化，影响钢桥服役的安全性和可靠性。以Q345qD桥梁结构钢为研究对象，设计试件并进行了64 h全浸润腐蚀试验，利用KathMatic激光光谱共聚焦显微镜对处理后的腐蚀试件进行表面形貌点云数据采集和处理，提出了一种基于点云数据的腐蚀坑及其几何参数的高精度提取方法。利用统计滤波算法对点云数据进行平滑处理，通过随机采样一致算法(RANSAC)进行腐蚀坑点云的平面分割，基于密度聚类算法(DBSCAN)输出不同的腐蚀坑簇，获取腐蚀坑关键数据。通过滚球算法(Alpha Shape)和凸包算法(Graham)分别进行腐蚀坑提取及标记，对比两者提取结果发现，滚球算法可精确获得每个腐蚀坑的深度及对应的腐蚀坑表面积，且提取的腐蚀坑表面积相较于凸包算法精确度整体提高了22.39%。分别对腐蚀坑的深度以及腐蚀坑表面积进行统计学分析，拟合获得其分布经验函数并进行分布假设检验，结果发现在显著水平α=0.05情况下，Q345qD钢材试件在点蚀阶段的腐蚀坑深度符合Gumbel、Logistic以及Weibull分布，相关性分别为99.10%、96.23%和99.02%，其与Gumble分布的相关性最高；腐蚀坑表面积服从Logistic分布，相关性为97.02%。该方法可为同类环境下Q345qD钢点蚀分布规律及后续Q345qD钢在随机点蚀作用下的力学性能衰变规律研究提供参考。