表面微观形貌的分形表征及模拟

最后的研究表明，机械加工表面的微观形貌具有自仿射性和多尺度性，因而表面形貌的高度分布方差、斜率和曲率的方差工现进唯一的。基于分形几何理论，用Ｗｅｉｅｒｓｔｒａｓ－Ｍａｎｄｅｌｂｒｏｔ分形函数来表征表面的微观形貌，所得到的参数是不依赖于测量尺度而变的“固有”参数。根据分形几何建立的表面轮廓的数学模型可对表面轮廓进行模拟，为建立三维表面形貌的评定参数提供理论依据。     

磨合表面形貌的分形模拟研究

采用分形插值法模拟磨合期的45钢表面轮廓,并计算相关的模拟参量,得出模拟出的表面轮廓与实测的表面轮廓有统计相似性,因而可用模拟出的轮廓预测实际磨合匹配表面可能有的形貌。     

分形粗糙表面的计算机模拟

借助MATLAB软件强大的数值计算功能、UG软件强大的几何建模功能以及ANSYS软件的网格划分功能,采用将三者结合的分析方法,对分形粗糙表面进行模拟,快速建立了具有分形特征粗糙表面的三维有限元模型。应用该方法,可有效地为具有分形特征的粗糙表面间接触的有限元分析提供依据。     

粗糙表面分形特征的模拟及其表征

为了研究工程表面具有分形的特性,即在不同尺度下具有统计自相似性,探讨粗糙表面的分形特征,用随机中点位移和Weierstrass-Mandelbrot函数两种方法对轮廓和表面进行模拟,并对表面轮廓进行幂率谱分析,建立分形维数和幂率谱的关系,检验计算表明模拟表面的分形维数和指定值吻合良好。讨论分形参数的尺寸独立性和分形表面的统计特征,从幂率谱图可以看出,单分形的幂率谱图为一个区段,而双分形表面的幂率谱呈现明显的两个区段,不同尺度下的分形维数体现在其幂率谱图形上。与传统的统计参数相比,分形维数和特征尺度具有一定程度尺寸独立性。统计检验表明两种方法模拟的表面均符合近似的高斯分布。指出粗糙表面完整的描述和表征应兼顾分形和统计特征两个方面。     

基于分形的磨具表面形貌研究

本文阐述了用分形理论衡量和分析比较磨具表面质量的方法，通过对磨具表面的测试和分形研究，说明了分形方法能全面表征磨具的表面形貌，其分形参数可以作为衡量磨具表面质量的一个重要指标。     

汽车用薄板的表面形貌的分形研究

本文将分形理论用于薄板表面形貌的研究上,提出了分形维数反映了表面形貌的规律性的观点。利用触针轮廓仪和数据采集系统对几种不同的毛化薄板的三维形貌进行了测量,计算了这些薄板的分形维数,并对这些薄板的表面形貌的规律性进行了讨论。     

机械加工表面形貌分形特征的计算方法

提出应用小波变换计算表面形貌分形特征参数，基于Weierstrass-Mandelbrot函数（W-M函数）和Majumdar-Bhushan函数（M－B函数）这2种常用于表征和模拟机械加工表面轮廓曲线的标准分形函数，验证了小波变换计算分形维数具有很高的精度。与其它计算表面形貌分形维数的方法进行了比较，结果表明小波变换方法的稳定性和准确性好。应用小波变换计算了不锈钢和铜2种材料的机械加工表面的分形维数。     

基于分形几何的表面微观形貌模拟及粘着弹性接触计算研究

基于Ausloos和Berman提出的推广的W-M函数对具有分形特征的粗糙表面进行仿真模拟,分析了函数中与尺度无关的特征参数对表面微观形貌的物理意义。同时,基于Yan和Maugis的理论研究,用模拟的分形表面建立了考虑表面效应的弹性接触模型,通过数值方法对整个过程进行迭代求解,得到了两接触面在不同的接触条件下各个接触斑点上的载荷分布和真实接触面积以及接触斑点的数量和尺寸。由于真实接触面积的尺寸敏感地反应表面微观几何形貌的变化,因此该方法为研究粘着机制和减小微尺度粘着效应提供了思路。     

磨合过程中表面形貌变化的分形表征

磨合是各运动副在投入运行前为获得好的配合性、提高承载能力所必须经历的过程,表面形貌的明显变化是磨合过程中表现出的重要特征。本文引入分形理论,用分形参数表征磨合表面的形貌变化。研究表明,磨合表面变化的分形参数表征是简单有效的。     

激光切割表面形貌的分形插值模拟分析

以实测激光切割表面轮廓高度数据为基础,获取不同采样间距的插值基础数据,应用三维表面分型插值算法,对激光切割表面形貌进行分形插值模拟,分析垂直比例因子和采样间距对模拟精度的影响。结果表明:模拟表面形貌与实测轮廓相似程度随着垂直比例因子hi,j的减小而提高,当hi,j小于某一特定值时,表面形貌特征无明显变化;随着采样间距Lc的减小,分形插值表面所包含的微观形貌信息越来越多,逐渐接近真实的激光切割表面形貌,且相对于实测表面的D和Ra值波动均不大,说明分形插值表面具有很高的模拟精度。因此,利用分形插值模拟表面可以对激光切割表面进行有效的切割质量评价和形貌特征分析。     

磨削加工表面形貌的分形研究

通过对磨削加工表面的测试与分形研究，得到不同磨削加工表面粗糙度的分形维数Ｄ与Ｒｑ、Ｒｑ、Ｓｍ之间的关系式，为磨削表面形貌的计算机分形模拟建立了基础。     

凹槽型织构对钻头滑动轴承表面摩擦学性能影响分析

基于雷诺方程建立表面织构化滑动轴承润滑理论模型,探究不同织构参数(分布角度、深度、面积比、偏斜角度、长度)对钻头滑动轴承承载力和摩擦因数的影响规律.在油膜收敛和最小油膜厚度附近区域布置织构,有利于增加轴承表面润滑性能,而织构布置在油膜发散处反而会减小轴承承载力,增大摩擦因数.织构的最佳织构深度与轴承的工况相关,不同偏心...     

表面形貌对燃料电池密封件接触特性的影响*

为探究燃料电池密封件表面形貌对密封接触特性的影响,采用Weierstrass-Mandelbrot分形函数表征密封件的表面形貌,基于Majumdar-Bhushan接触模型构建考虑密封件表面形貌的二维有限元模型。研究接触—一次线性加载—卸载—二次线性加载4个步骤下光滑表面与粗糙表面的接触特性,基于上述模型,研究材料硬度对燃料电池密封性能的影响。研究结果表明：粗糙表面二次加载后其应力分布均匀度低于第一次,且其2次加载后应力分布均匀度均低于光滑表面;粗糙表面二次加载后其最高应力与最大接触压力较第一次分别增加14.29%与89.29%,而光滑表面几乎维持不变;对于粗糙表面,其硬度越高,泄漏率越低,且其降低幅度随硬度增大而减小。     

表面粗糙度对化学机械抛光工艺过程流动性能的影响

采用随机中点位移法通过计算机模拟抛光垫和晶片的基于分形的粗糙表面,构造了一种新的膜厚方程.在新膜厚方程的基础上分析了一般润滑方程及带离心项的润滑方程对化学机械抛光(CMP)过程中抛光液的压力分布以及无量纲载荷和转矩的影响.结果表明,考虑抛光垫和晶片表面的粗糙程度的影响时,抛光液的压力分布有一定的波动,且压力最大值有所增大,压力最小值有所减小;此外无量纲载荷和转矩的数值也变小.     

剪切痕迹表面形貌的分形描述

论述了分形几何的基本概念和表面轮廓分形维数的计算方法，得出剪切痕迹表面形貌轮廓曲线的分形维数，并研究了其分形特征，为剪切痕迹表面轮廓曲线的测量与处理提供了新的理论和新的方法。     

三维分形粗糙表面的修正接触模型

基于分形理论,建立了粗糙表面的接触行为预估模型,采用了包含弹性、弹塑性和塑性全状态的微凸体接触模型并将其扩展到粗糙表面接触问题,实现了对传统二维分形粗糙表面接触模型的修正,构建了三维分形接触模型。通过计算结果与实验数据的对比可知:修正后的三维分形接触模型(修正Y-K模型)的计算结果与实验测试值比较接近,而Y-K模型的计算结果则与实验值相差甚远,尤其是在载荷较大时。修正Y-K模型的结果虽然与实验值有一定差距,但相较Y-K模型已有了相当的改善,为分形接触计算提供了更为准确的理论方法。     

粗糙表面分形接触模型的研究进展

工程表面具有分形特征,利用分形参数对表面形貌进行表征不受仪器分辨率和取样长度的影响。2个粗糙表面之间的接触行为对摩擦、磨损、润滑、密封和传热等均有着重要的影响,因而一直是摩擦学研究的重要课题之一。基于表面的分形特性而建立的接触模型,可使表面接触的分析结果具有确定性和唯一性。介绍分形表面形貌的Weierstrass-Mandelbrot函数生成方法并给出利用MATLAB程序生成的分形曲线和曲面,分析和评述近二十年来分形接触模型中单个微凸体的接触行为、接触面积分布与真实接触面积、接触变形方式与接触载荷以及总的真实接触面积与接触载荷之间的关系等方面的研究情况,并简单列举分形接触模型在机械学科中的应用情况。指出结合分形理论对表面接触行为进行研究是接触理论发展的必然趋势,为摩擦学研究提供新的思路。     

磨合表面形貌变化的分形表征

用结构函数法计算磨损表面轮廓的分形维数和尺度系数。研究表明 :分形维数或尺度系数不能实现表面的唯一性表征。因此 ,把分形维数和尺度系数相结合 ,提出一个新的分形参数———特征粗糙度 ,给出了其定义和计算表达式 ,并在推进式试验机上进行摩擦磨损试验 ,对试件表面某一位置在不同磨合阶段的形貌进行精确复位测量 ,用特征粗糙度表征形貌的变化。表征结果表明 :特征粗糙度对反映磨合表面形貌的变化不但表现出很好的灵敏性 ,而且比分形维数更具有规律性。     

粗糙表面形貌参数对润滑特性的影响

在考虑粗糙度效应、时变效应、温升效应和润滑剂非牛顿特性的基础上,采用直接迭代法、逐排扫描法求解润滑方程组和温度控制方程,通过一定的数值计算．探讨了粗糙表面形貌参数对润滑特性的影响。