PEM燃料电池多孔介质扩散层分形维数的测定

为了研究质子交换膜燃料电池扩散层多孔材料微结构对仿真结果的影响,首先必须找出一种有效的方法来描述其微结构.尝试应用分形理论表征多孔材料的微结构,介绍了曲线和孔隙面积分形维数的定义,并采用盒维法对2个分形维数进行计算.计算结果表明,扩散层试样的曲线分形维数为1.144 7,面积分形维数为1.927 6.     

基于数字体图像三维裂隙的分形计算及应用

根据计盒维数(CBD)的计算方法,提出了基于三维裂隙的数字体图像计算其分形维数的立方体覆盖法,并用MATLAB软件实现了该算法.利用工业CT扫描获取了不同围压下破坏煤样的数字图像,通过数字图像处理获取裂隙并生成裂隙体图像,应用立方体覆盖法计算三维裂隙的分形维数;通过对破坏煤样块体质量-频率的统计,计算了块度分形维数.两种分形维数分别从裂隙的发育程度和煤样破碎程度来评价煤样的破坏,两种分形维数越大,煤样的破碎程度越高,裂隙越发育,变化趋势具有一致性.结果表明:提出的计算三维裂隙分形维数的立方体覆盖法是可行的,得出的三维裂隙的分形维数可以作为分析裂隙空间分布的定量参数.基于三维裂隙的数字体图像的分形维数还可以用于对裂隙演化过程的定量描述.     

煤的裂隙结构分形特征与分形渗流模型研究

利用工业CT扫描实验系统对煤样进行了无损扫描,获取了煤样内部裂隙结构的发育程度与分布特征;基于分形理论计盒维数法的计算原理与煤样CT二维断面图的图像数据,利用MATLAB软件计算了煤样裂隙结构的二维分形维数,结合二维分形维数与三维分形维数之间的理论关系,得到了煤样裂隙结构的三维分形维数,分析了分形维数与煤样内部裂隙结构发育程度之间的关系;在此基础上,结合渗流理论,建立了煤的分形渗流模型.研究结果表明:分形维数可有效反映煤样内部裂隙结构的发育程度,分形维数越大,裂隙越发育;所建的分形渗流模型是准确合理的,可用于预测煤的渗透性.研究结果可为煤层瓦斯抽采和煤矿安全生产提供理论支撑.     

沥青稳定碎石混合料集料级配分形规律及其应用

为了分析和利用沥青稳定碎石混合料集料级配分形规律,基于分形几何的基本理论,推导出沥青稳定碎石混合料集料的分形几何模型;以ATB-30为例,计算了集料级配分维值,并通过沥青混合料体积参数的测试,研究了分形维数与体积参数的关系.结果表明:规范级配范围对应的ATB-30分维值D范围为2.4117～2.5744;分维值D与空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度、稳定度等体积参数有很好的相关性.利用集料级配分形规律,可对具有不同分维值D的沥青稳定碎石混合料的体积参数进行预估,使混合料的配合比设计更具针对性.     

基于不同孔径范围的碳化作用下纤维混凝土的气体渗透性能和细观结构

为研究碳化后混凝土的气体渗透性能和细观结构的关系,针对普通混凝土(C)和聚丙烯-玄武岩纤维混凝土(BP)进行碳化龄期分别为0、7、14、28、56、80天碳化试验和气体渗透性试验,采用丹麦Rapidair457混凝土气孔结构分析仪获取混凝土细观结构特征参数,基于不同孔径范围、计算方法对混凝土含气量、分形维数的影响水平不同,将混凝土孔径划分为0～160、160～300、300～4000μm三个范围,分别计算含气量和分形维数,分析碳化龄期和材料对于宏、细观性能的影响,研究混凝土气渗性能、分形维数和细观结构的内在联系,给出敏感孔径范围。结果表明:BP气体扩散系数和含气量总体上小于C,说明纤维混掺可从不同层次上改善纤维三维分布的均衡性,提高混凝土抗碳化性能。随碳化龄期增加,对于C,小孔径范围下孔隙质量分形维数的变化趋势与气体扩散系数相反程度较高;对于BP,中孔径范围下固体质量分形维数的变化趋势与气体扩散系数相反程度较高。固体质量分形维数能更好地反映混凝土内部结构的复杂程度。综合混凝土气渗性能、分形维数和细观结构分析,均可得到:小孔径范围是C的敏感孔径范围,中孔径范围是BP的敏感孔径范围。     

木材横纹有效导热系数的分形模型

提出了一个二维的分形模型来计算木材横纹有效导热系数.通过分析木材试样的扫描电镜照片，研究了木材横纹剖面的多孔结构特征，采用盒维数法计算了其分形维数.通过分析单一木材细胞的导热过程，采用热阻模拟方法分别推导了弦向和径向有效导热系数的表达式.实验得到各种木材的纤维多孔结构的分形维数约为1.4，由木材纤维孔隙率与分形维数的关系得到了有效导热系数随分形维数变化的表达式.利用分形模型对木材径向有效导热系数进行了计算，并与实验测量结果和文献中的数据进行了比较.结果表明，此分形模型可以对各种木材的横纹有效导热系数进行有效的预测，而且可以推广到不同含水率的情形.     

基于多重分形的图象边缘检测

给出了一种基于多重分形的图象边缘检测方法,并对维数范围的选取及对边缘检测结果的影响进行了研究.该方法通过计算图象中每个像素点的局部Hoelder指数和它的多重分形频谱,然后根据多重分形频谱选取适当的维数范围提取图象边缘信息.实验证明,通过选取适当的维数范围该方法能得到良好的边缘检测效果,并能突出主要的图象边缘细节信息.     

电力电容器过电压周期试验主回路技术方案分析

从国标对电力电容器过电压周期试验的波形要求出发,对进行电力电容器过电压周期试验的串联谐振法和并联谐振法进行了深入的理论分析,并利用Matlab/Simulink对这两种方法进行了仿真,理论分析和仿真均表明:串联谐振法在减少试验电源容量和满足国标规定的试验电压波形两方面存在矛盾,而且不容易进行折中选择,不适合作为电力电容器过电压周期试验的主回路方案;而并联谐振法在减少试验电源容量和满足国标规定的试验电压波形两方面不存在任何矛盾,是电力电容器过电压周期试验最合理的主回路方案.低压验证性试验进一步验证了并联谐振法作为电力电容器过电压周期试验的主回路方案的正确性.     

具有分形特征的水下目标识别

利用分形理论对非平稳的舰船辐射噪声信号进行了研究,计算了不同舰船目标的分形维数,构造了具有分形维参数的特征矢量,并通过自适应神经网络作了分类实验。研究表明,分形维数值可以作为水下目标分类的一个重要参数,同时也是其它特征提取方法的一个有效补充。     

测度关系法评价水泥基材料孔隙SEM分形特征

目的以测度关系法对混凝土孔隙的SEM图像分形维数进行精细测量和计算,分析其孔隙分形特征.方法以砂浆中集料界面区域孔隙SEM照片为例,用测度关系法、分别以250 nm和200 nm,125 nm和100 nm不同尺度的网格测试评价界面孔隙的分形维数,与改变粗视化方法进行比较.结果传统的改变粗视化程度的方法与网格边长的关系太大,网格边长受测试条件的限制,导致误差过大,而采用测度关系法计算SEM图像孔隙显微结构分形维数比较可靠.采用测度关系法用边长差异为50 nm网格测试其孔隙分形维数为1.293 5,用边长差异为25 nm的网格测试的孔隙分形维数为1.280 9,误差只有0.012 6;当考虑中间水化产物时,用边长差异为50 nm网格测试其孔隙分形维数为1.577 3,用边长差异为25 nm网格测试的孔隙分形维数为1.570 1,误差只有0.0072;此外,考虑中间水化产物后,孔隙的分形维数增大,表明孔隙复杂程度明显增大.结论采用测度关系法计算分形维数比改变粗视化程度方法更为精细.分形理论分析评价多孔材料SEM图像孔结构分形特征是有效的,对于深入了解水泥基复合材料的内部微结构、提升性能、扩大应用具有重要意义.     

变压器冲击电压分布计算在纵绝缘设计中的应用

要使电力变压器能够安全、可靠地运行，合理设计变压器内部绝缘结构至关重要，特别是变压器线圈的绝缘必须能可靠地承受住大气过电压、长期工作电压、操作过电压和暂态过电压的作用，分析了变压器线圈在遭受到冲击电压时产生电磁振荡过电压和感应过电压的原因，对电力变压器波过程进行计算与仿真，运用波过程计算软件进行变压器绝缘结构设计，最后指出波过程计算是变压器纵绝缘设计的重要依据。     

基于反相传播神经网络的黑启动三相合闸统计过电压快速预测

在黑启动方案制定的过程中,需要对方案进行反复的空充输电线路操作过电压统计计算和校验,带来沉重的工作负担。提出利用人工神经网络快速预测黑启动空载合闸统计过电压的方法。通过选择一组有效的输入特征并采用过电压时域仿真程序建立训练样本集,误差反向传播神经网络被用来构造输入特征和最大统计过电压之间的映射关系,从而实现黑启动合闸统计过电压的快速预测。算例表明方法的有效性。     

EFT/B引起的变压器中性点过电压识别方法

电快速瞬变脉冲群（EFT/B）会使变压器中性点产生暂态过电压,使继电保护发生误动作。针对EFT/B引起变压器中性点间隙保护在线路分闸时会引发连锁误动的现象,研究了其对变压器中性点过电压的影响。在分析断路器场路关系的基础上,得到了一种确定交流电弧熄灭与重燃时刻的方法。对断路器在不同时刻开断、开断不同短路类型故障和不同开断速度等因素对变压器中性点过电压的影响规律开展了深入研究,结果表明:断路器以约1.4 m/s的速度在电压幅值时刻开断三相短路故障的情况下,变压器中性点产生的EFT/B过电压最为严重。针对EFT/B、雷电和单相接地3种故障引起的变压器中性点过电压的特性分析,利用小波包变换策略得到3种过电压的时频特性和能量分布特性,定义高低频能量比值作为判别依据,仿真实验结果表明该判据能够准确地对这3种过电压做出判别。该文研究旨在为变压器中性点防护提供参考。     

MATLAB环境下图像分形维数的计算

利用MATLAB的图像处理和数值计算功能，对大气可吸入颗粒物的场发射电镜（FESEM）图像进行处理，得到颗粒物边界的二值图像；编制MATLAB程序，统计一系列以不同像素数量为边长的正方形块覆盖二值图像时的个数，根据像素数量和正方形块个数之间的关系，确定图像的计盒维数。结果表明：MATLAB对分形图像的处理简单、方便，通过科赫曲线、谢宾斯基填料等有规分形图形分形维数的计算表明该方法计算出的结果准确、可靠。对大气颗粒物的分形维数的计算表明，不同不规则程度的颗粒物有不同的分形维数，可以通过颗粒物分形维数的计算分析颗粒物的来源和输运过程．     

带限分形粗糙面的遮蔽效应

采用蒙特卡罗数值模拟,生成不同分维数和不同均方根斜率的一维带限分形粗糙面.利用射线追踪法得到了带限分形粗糙面单次散射遮蔽函数随入射角变化的曲线,分析了不同分维数、不同均方根斜率对分形粗糙面遮蔽函数的影响.比较了均方根斜率相同时带限分形粗糙面与高斯随机粗糙面遮蔽函数随入射角变化的曲线,结果表明分维数取不同值时,带限分形粗糙面与高斯随机粗糙面遮蔽函数随入射角变化的曲线基本一致.     

分维方法对碳钢土壤腐蚀行为的表征

碳钢土壤腐蚀规律涉及埋地管道的安全运行,受到高度重视。根据大量的碳钢土壤腐蚀数据样本,用分形理论研究平均腐蚀速度、点蚀深度、腐蚀坑深分布和坑直径分布等参数特征,比较它们的分维和无标度区。研究表明,在足够的平行试样、足够的腐蚀发展量及腐蚀发展时间下,相应腐蚀速度标准偏差分维、腐蚀坑深分布分维和腐蚀坑直径分布分维具有稳定性。分维值提供衡量腐蚀随机复杂程度的定量指标,如平行腐蚀试验和区域腐蚀试验的平均偏差分维分别等于1.34和1.4 9。并且经分维修正后的变异系数、点蚀系数成为衡量腐蚀特性的更通用参数。通过分维和它们自相似性(无标度区间)特性的研究,为揭示腐蚀机理及发展过程提供了参考。     

中药指纹图谱的识别

为了提取中药指纹图谱共性的特征,将小波变换与分形维数相结合,用一种基于小波变换的色谱指纹图谱分形表达方法,将色谱采样值转换成小波基分形参量.对中药注射剂痰热清在不同温度、不同仪器下的色谱谱图进行了识别,实验表明,小波基分形参量对谱峰时间漂移有较强的抗干扰能力,使它的分类准确性优于色谱采样值.     

复合工艺制备的半固态A356铝合金初生相形貌分形特征研究

利用复合工艺制备了A356铝合金半固态浆料,研究了半固态A356铝合金初生相形貌的分形特征．应用编制的计算程序计算了半固态A356铝合金初生相形貌的分形维数．结果表明,复合工艺制备的半固态A356铝合金初生相的形貌可以用分形维数来表征,不同工艺参数下所获得的半固态初生相形貌具有不同的分形维数．铸锭中不同部位半固态初生相的形貌具有不同的分形维数,反映了同一铸锭不同部位的凝固条件对半固态初生相形貌的影响．凝固组织中的每个半固态初生相的分形形貌均为系统耗散性的几何表现．     

Fractal characterization of pore microstructure evolution in carbon/carbon composites

A fractal characterization approach was proposed to research pore microstructure evolution in carbon/carbon (C/C) composites during the chemical vapor infiltration process. The data obtained from mercury porosimetry determinations were analyzed using the sponge fractal model and the thermodynamics relation fractal model, respectively. The fractal dimensions of C/C composites at different densification stages were evaluated. The pore microstructure evolution with densification time was studied by fractal dimension analysis. The results showed that C/C composites belong to porous fractal structure. The fractal dimensions increase on the whole with decreasing porosity as the densification proceeds. The fractal dimensions are influenced by the texture of pyrocarbon and decrease with increasing anisotropy from isotropic pyrocarbon to high textural one. Both the complicacy of pore structure and the textural morphology of pyrocarbon can be represented simultaneously by the fractal dimension. The pore evolution of C/C composites in the densification process can be monitored using fractal dimension. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50742008)     

基于关联维数的不同压力下液压管路振动信号的非线性分析

关联维数可定量分析不同压力状况下液压管路的工作状态.详细讨论了不同压力下液压管路系统的振动信号中关联维数的计算方法,并通过实验进行了分析.实验结果表明,通过偏相关积分算法计算得到的指数维数(关联维数近似值),能表征不同压力变化下的液压管路振动信号的变化,当压力变大时维数逐渐增大.