中性盐雾加速腐蚀钢结构表面形貌分形维数表征

为研究中性盐雾加速腐蚀钢结构表面形貌分形维数,开展了七个批次的H型钢人工加速腐蚀试验,借助三维非接触式表面形貌仪对截取的锈蚀H型钢翼缘板进行了表面形貌扫描并获取了三维形貌坐标数据,采用盒宽变换法编程计算了锈蚀表面分形维数,并研究其随腐蚀龄期、质量损失率以及表面粗糙度的变化规律。结果表明:锈蚀钢板的表面形貌具有分形特征。腐蚀初期(龄期短于六个月)钢板表面曲线以及曲面的分形维数均随腐蚀龄期的延长而不断增大,且增大趋势不断减缓;当腐蚀龄期超过六个月后分形维数开始出现上下波动(减小—增大—减小)。锈蚀钢板横截面曲线分形维数呈一定的各向异性,轧制方向分形维数略大于板宽方向。试验拟合得到锈蚀钢板表面分形维数与腐蚀龄期、质量损失率以及表面粗糙度平均高度的相关关系,可用于中性盐雾腐蚀钢板的表面形貌表征。     

取样长度和采样点数对分维值的影响

在研究分形几何理论的基础上，以不同的取样长度和采样点数，对大量的机加工粗糙表面进行了测量。结果表明；传统的粗糙度评定参数Ｒα依赖于取样长度；而分形维数Ｄ则是表征表面的固有参数，与取样长度无关，虽然受采样点数的影响，但当采样点数足够多时，Ｄ值将趋于稳定。     

粗糙表面的分形表征

最近的研究表明，随机粗糙表面是自仿射的多尺度的，因而表面轮廓的高度分布方差，叙率和曲率的方差不再是唯一的。本文基于分形几何理论提出了一种新的粗糙表面表征方法。使用Ｗｅｉｅｒｓｔｒａｓｓ－Ｍａｎｄｅｌｂｒｏｔ函数得到粗糙表面的分形参数－－“固有”参数，而这些参数可以提供任何长度尺度的粗糙度结构信息。     

矿用钢丝的表面腐蚀形貌及分形研究

钢丝绳中钢丝锈蚀是造成矿用提升钢丝绳失效的主要形式之一,以矿用钢丝为研究对象,在模拟矿井淋水的碱性腐蚀介质下开展长时间的腐蚀试验,观察腐蚀形貌并探讨钢丝的腐蚀规律,基于分形理论计算腐蚀形貌的分形维数。结果表明,分形维数值可以描述钢丝腐蚀过程中表面形貌的复杂程度;腐蚀表面与分形维数密切相关,腐蚀越严重,表面形貌越复杂,分形维数越大;浸泡初期以点蚀为主,失重速率变化较快,分形维数先升高达到一个峰值随后减小;浸泡后期以均匀腐蚀为主,失重速率变化趋于平缓,分形维数逐渐增大。     

一类分形曲线的构造算法及维数

以分形理论为依据,根据分形几何描绘自然景物的基本思想,论述了一类分形曲线的递归算法和生成过程,通过参数控制,研究了如何使一条直线段生成了3种不同结构的分形曲线,运用C 编程绘出3种不同结构的分形曲线的图形;同时对Hausdorff维数理论进行了深入的研究与探讨,并且以Hausdorff维数理论为依据分析了由直线分形演绎生成的分形曲线的维数,把维数理论与实践应用相结合。本研究为分形曲线的生成和实践应用提供了理论依据。     

冲击荷载作用下岩石破碎分形特征

为探究冲击荷载作用下岩石破碎分形特征,选取花岗岩和砂岩开展分离式霍普金森压杆(SHPB)岩石动力学试验,得到了不同应变率下岩石的应力-应变曲线、破碎特性、强度参数和能量参数;利用标准筛对破碎后的岩块进行筛分,获取了岩石破碎块度分布曲线,并基于碎块粒径分布的质量分形模型计算出分形维数D;最后分析了分形维数与加载参数、破碎特性和耗能特性之间的关系。结果表明,岩石在冲击荷载作用下的破碎块度分布符合分形规律;动态抗压强度随应变率增大而增大,两者满足乘幂函数关系;加载过程中岩石应变率越大,岩石破碎程度越深,分形维数越大;分形维数与岩石破碎耗能密度之间满足乘幂函数关系。采用分形维数可实现对岩石在冲击荷载作用下的破碎特性、力学特性和破碎耗能特性的定量研究。     

粗糙表面轮廓的分形维数计算

本文介绍了粗糙表面轮廓盒维数的计算方法，并指出分形轮廓曲线的盒维数在１和２之间，而且其数值与取样长度、采样点数及测量仪器的分辨率均有关系．     

金属腐蚀形貌的分形表征

利用扫描电子显微镜(SEM)得到铝合金表面腐蚀损伤微观形貌,借助于数字图像处理技术对其进行二值化处理,并利用小岛法研究二值图像的分形维数,得到分形维数随腐蚀损伤的变化趋势。结果表明:二值化过程中灰度阈值与分形维数间的函数关系与弹塑性材料的拉伸曲线具有类比性。提出了从分形角度上表征腐蚀损伤特征,所得的结果具有一定的工程价值。     

基于二维SEM图像的介孔碳表面分形特征分析

将分形理论引入到介孔碳孔结构表征,基于SEM图像计算二维分形维数(D2)及三维分形维数(D3),并分析了分形维数与孔结构参数之间的规律.结果表明,D2及D3能有效地量化介孔碳形貌的差异,两者随形貌的变化一致,即D2越大D3也越大.当介孔碳的显气孔率相近时,平均孔径越小D2和D3越大,反映出介孔碳具有越多的细部特征和越粗糙的表面.     

基于分形维数的CFRP切削加工表面三维形貌评定方法

提出了基于表面灰度图像的分形维数来表征碳纤维复合材料(CFRP)加工表面形貌的方法,并进行了试验验证.结果表明,在计算尺度范围内,采用分形维数来表征CFRP加工表面形貌是可行的,切削加工表面的形貌和其分形维数密切相关,表面越粗糙,分形维数值越大;同表面粗糙度常规表征方法相比,分形维数更能全面客观描述表面的整体形貌特征.该方法只须加工表面灰度图像,数据处理速度快,有较好的实用价值.     

A Study on Application of Fractal Theory in Examination of Striation Marks

1Introduction Thecriminalwillleavebehindvariousimpressionsatthecrimesceneswhenhe/sheusestoolsto commitdamageonobjects.Thestriationtoolmarkisoneofsuchimpressions,usuallyproducedby suchtoolsaspliersandscissors.Intheprocessofcuttingtheobjects,thesetoolswillformcontinu ousstriationvisuallyormicroscopicvisibleonthesections.Traditionally,thetoolmarksaremostly examinedbymeansofvisualcomparison.Thatis,comparethestriationtoolmarkscollectedfrom thecrimesceneswiththetestmarksproducedbythesuspectedtoolsa…     

Fractal Microstructure of Fracture Surfaces and Fracture Energy of Metals

Using a fractat model, we give a new interpretation of the reversed sigmoidal curves of fracture surface profile length obtained in some experiments. It is pointed out that a single parameter (fractal dimension D) is not sufficient to characterize a fractal curve completely. It is shown that the initiator length L0 is also important to characterize a fractal curve. We have derived a formula which correlate the fracture energy with the fractal parameters of the fracture surfaces and analyzed some experimental data.     

基于数学形态学的分形维数计算及在轴承故障诊断中的应用

滚动轴承故障信号是一种典型的非线性信号，分形几何为描述轴承故障信号的特性提供了一个有力的分析工具。基于数学形态学的分形维数是在Minkowski-Boulingand维数基础上拓展的一种采用形态学操作计算分形维数的新方法。本文较详细的阐述了基于数学形态学的分维数计算方法，对比分析了与传统计盒维数方法的区别与联系，并对实际的滚动轴承正常、滚动体故障、内圈故障和外圈故障信号进行了分析，结果表明，基于数学形态学的分维数计算方法具有计算速度快，估计准确稳定的特点，为准确判断滚动轴承故障状态提供了一种快速有效的新方法。     

Relationship between Fracture Toughness and Fractal Dimension of Fracture Surface of Steel

The relationship between fracture toughness and fractal dimension of fracture surface was analysed based on a united fractal model of microscopic fracture modes. It was indicated that fracture toughness is a multivariant function of yield strength, microstructural length, fractal dimension of fracture surface and volume fraction of inclusions, other than a monovariant function of fractal dimension of fracture surface. This new fractal model of fracture toughness was verified to fit well with a set of experimental data of a ultrahigh strength steel with equal microstructure and grain size but different volume fraction of inclusion.     

三维表面粗糙度的均一性研究

基于分形几何理论,通过分析各种机加工表面的轮廓谱矩和表面谱矩的关系,给出了三维表面形貌的均一性定义和定量评价方法。实验表明：精车和平磨工件的高度,斜度均一性较好,而镗和铣加工表面高度,斜率的均一性都比较差;刨加工表面的高度均一性较好,但斜率均一性较差。     

Relationship of Initiator Length with Fractal Dimension of Fractured Surfaces of High Strength Steels

Length-yardstick relation was used for measurement of the fractal dimension and the length of the initiator of Koch curves. It was found that the higher the fractal dimension and then the fracture toughness, the shorter the length of the initiator of the Koch curve for the crack lines would be.     

测量断口分维的周长-最大直径方法

本文提出了测量断口分维的周长—最大直径方法,并与周长—面积方法进行了对比。当测量码尺很小时,两种方法所测分维比较接近,当测量码尺增加时,周长—面积方法所测分维有下降趋势,而周长—最大直径方法所测分维比较稳定。     

非线性机械设备系统的分形神经网络诊断方法

从分形原理出发，提出了非线性机械设备系统信号的分形计算维数的概念。将分形计算维数概念与多层感知器神经网络结合，建立了机械设备 的分形神经网络诊断方法。通过对滚动轴承系统实例诊断获得了较为准确的模式识别的结果。     

固体薄膜材料裂纹分形结构维数计算中的不确定性研究

讨论了固体薄膜材料裂纹分形研究中出现的一类分维不确定性问题，指出实际分形体的近似分形结构是其产生的根本原因，并在数学上给予了证明，材料断裂行为中的多度域似分形结构维数测量、计算中也存在分维不确定性问题，文中也进行了讨论。