多孔结构分形分析及其在材料性能预报中的应用

采用分形理论表征孔隙的结构特征,通过对烧结不锈钢纤维多孔材料的扫描电镜(SEM)照片进行图像处理和分形分析,详细研究图像分辨率、获取图像时的放大倍数、灰度图转化为二值图时阈值的大小等因素对孔结构分形分析结果的影响,并研究它们与分形维数的定性关系.结果表明,采用的烧结纤维多孔材料具有明显的分形特征,图像分辨率、放大倍数、阈值等因素对分形维数计算结果影响显著:与SEM图像的原始分辨率相比,分辨率变化越大则分形维数越大;分形维数随着放大倍数的增大而减小;灰度图转化为二值图时的阈值存在最佳值,且随着阈值的增大,分形维数先增大后减小.通过理论推导,建立了多孔材料孔隙度和渗透性能与孔结构分形维数之间的数学关系.可通过孔结构分形维数、面孔隙度、孔径等参数合理预测多孔材料的体孔隙度、渗透性能,预测结果与实测结果吻合良好.     

Effect of Pore Structure on Performance of Porous Metal Fiber Materials

孔结构是影响金属纤维多孔材料各项性能的关键因素之一,为此研究了孔结构对其性能的影响规律。采用气流铺毡法和烧结技术制备了FeCrAl纤维多孔材料,利用SEM观察其微观组织,同时测试了其拉伸强度、透气性和吸声系数（声强为 90~140 dB,频率为1000~3000 Hz）。利用自主研发的分形软件计算了孔结构的分形维数。另外,研究了孔结构对多孔材料拉伸强度、吸声系数和透气性的影响规律,建立了拉伸强度、透气性与分形维数之间的本构关系。研究表明,随着分形维数的增加,抗拉伸强度呈线性下降,而透气性显著增大;在相同的声强和频率下,吸声系数随着分形维数的增加而逐渐降低     

金属纤维多孔材料孔结构对其性能的影响（英文）

孔结构是影响金属纤维多孔材料各项性能的关键因素之一,为此研究了孔结构对其性能的影响规律。采用气流铺毡法和烧结技术制备了Fe Cr Al纤维多孔材料,利用SEM观察其微观组织,同时测试了其拉伸强度、透气性和吸声系数(声强为90~140 d B,频率为1000~3000 Hz)。利用自主研发的分形软件计算了孔结构的分形维数。另外,研究了孔结构对多孔材料拉伸强度、吸声系数和透气性的影响规律,建立了拉伸强度、透气性与分形维数之间的本构关系。研究表明,随着分形维数的增加,抗拉伸强度呈线性下降,而透气性显著增大;在相同的声强和频率下,吸声系数随着分形维数的增加而逐渐降低。     

Relationship between Compressive Strength and Fractal Dimension of Pore Structure

以粒度为38~150 μm的两种不锈钢粉末（不规则形状和球形）为原料制备了不同孔隙度的金属多孔材料,将其在真空炉中于1250℃进行烧结,保温时间为2 h。然后利用阿基米德定律和计算机控制万能力学试验机分别测试烧结试样的孔隙度与压缩强度,采用金相显微镜观察烧结试样的微观组织,最后利用分形理论计算孔结构分形维数,并分析了孔隙度、压缩强度与分形维数的关系。结果表明：分形维数随着孔隙度的增加而逐渐增大。另外,分形维数与孔隙度之间满足玻耳兹曼模型,而压缩强度与分形维数满足指数模型     

一种稳定的分形维数计算方法及其在孔结构分析中的应用（英文）EI北大核心CSCD

盒维法是最常用的图像分形维数测定方法之一,具有计算强度低、计算效率高、结算结果合理等优点。但是盒维法容易受噪声、图像尺寸、盒子初始尺寸等因素的影响。尤其当图像尺寸不能被盒子尺寸整除时,计算结果不稳定,这将影响分形维数的计算以及孔结构的准确分析。本研究在讨论盒维法稳定性的基础上,通过自适应地选取一个阈值,并规定当盒子中包含的目标像素点大于该阈值时才计数盒子,有效地降低了噪声、图像尺寸等因素的影响,提高了盒维法的稳定性。实验结果表明,与一般的盒维法相比,改进方法更准确可靠,该方法可用于多孔材料孔隙结构的表征。结合面积分形和曲线分形的参数CL可以更好地表征孔结构的不规则度。     

一种稳定的分形维数计算方法及其在孔结构分析中的应用（英文）

盒维法是最常用的图像分形维数测定方法之一,具有计算强度低、计算效率高、结算结果合理等优点。但是盒维法容易受噪声、图像尺寸、盒子初始尺寸等因素的影响。尤其当图像尺寸不能被盒子尺寸整除时,计算结果不稳定,这将影响分形维数的计算以及孔结构的准确分析。本研究在讨论盒维法稳定性的基础上,通过自适应地选取一个阈值,并规定当盒子中包含的目标像素点大于该阈值时才计数盒子,有效地降低了噪声、图像尺寸等因素的影响,提高了盒维法的稳定性。实验结果表明,与一般的盒维法相比,改进方法更准确可靠,该方法可用于多孔材料孔隙结构的表征。结合面积分形和曲线分形的参数CL可以更好地表征孔结构的不规则度。     

材料断口分形维数测量方法研究进展

通过对材料断口定量研究重要性的描述引入分形理论。首先，从分形定义、分形特征图形和分形计算原理3个方面对分形理论进行阐述；其次，介绍小岛法、垂直截面法、计盒维数法等3种分形维数的基本测量方法及其改进方法；最后，对分形实验中可能出现的变量进行简要分析。本研究提出测量分形维数实验时优先考虑计盒维数法，以及在分形实验前需要控制断口参数、拍摄方案、拍摄数据处理方式等实验变量。     

316L不锈钢纤维毡的微波烧结研究

烧结不锈钢纤维多孔材料是一种结构功能一体化材料，在冲击能量吸收和过滤分离等领域有广泛应用。本文利用微波加热法制备了316L不锈钢纤维多孔材料，研究了微波烧结工艺对材料微观结构和力学性能的影响。研究表明微波烧结工艺明显降低了材料的烧结温度，缩短了烧结时间，由此抑制了纤维杆上晶粒的生长，材料的力学性能也得到了提升。微波电磁场在金属纤维间引发的微电弧可能起到了加快烧结进程的作用。     

微波烧结316L不锈钢纤维毡研究（英文）

烧结不锈钢纤维多孔材料是一种结构功能一体化材料,在冲击能量吸收和过滤分离等领域有广泛应用。利用微波加热法制备了316L不锈钢纤维多孔材料,利用μ-CT,SEM等研究了微波烧结工艺对材料微观结构和力学性能的影响。结果表明微波烧结工艺明显降低了材料的烧结温度,缩短了烧结时间,由此抑制了纤维杆上晶粒的生长,材料的力学性能也得到了提升。微波电磁场在金属纤维间引发的微电弧可起到加快烧结进程的作用。     

不锈钢纤维多孔材料拉伸性能研究

以316L不锈钢纤维毡为原料,采用不同的烧结工艺,制备出孔隙度为70%~95%的不锈钢纤维多孔材料,研究了纤维丝径、孔隙度、烧结温度和保温时间对其拉伸性能的影响。研究表明,不锈钢纤维多孔材料的拉伸过程主要分为3个阶段:弹性阶段、塑性变形阶段和断裂阶段。纤维越细,多孔材料的抗拉强度越高;随着孔隙度的增加,多孔材料的抗拉强度逐渐降低;提高烧结温度或延长保温时间,均会提高多孔材料的抗拉强度。