基于分形理论齿轮箱故障诊断研究

在对齿轮箱的机械故障诊断中，由于齿轮箱运行过程中产生的信号中存在非线性，为此将分形理论引入故障诊断技术中。介绍了分形法诊断故障的基本原理，利用G-P算法求出各工况的分形维数并进行比较，实现了对齿轮箱故障的诊断。诊断结果表明，发动机轴承正常状态下的分形维数为2．6346，各故障状态时均有惟一确定的分形维数且都大于2．6346。由此看出，用分形维数可以表征机械故障状态，说明分形理论能从本质上反映故障的结构特征。     

复合材料断口分形维数的测定

探讨了ＳｉＣ晶须增强Ａｌ和碳纤维增强ＳｉＣ复合材料断口的分形特征,分别用小岛法和垂直截面法测定了断口的分形维数。实验表明,这两类复合材料的断口具有典型的分形特征,小岛法测得Ｃｆ／ＳｉＣ复合材料断口的分形维数为１．３１２;垂直截面法测得ＳｉＣＷ／Ａｌ复合材料断口的分形维数为１．０９９,表明可以用分形维数来定量表征复合材料的断口形貌     

Ti-10V-2Fe-3Al合金热变形组织的分形描述

用小岛法测定了Ti-10V-2Fe-3Al合金β单相区热变形组织的分形维数,分析、比较了分形维数与变形温度、应变速率和应变量的关系,结果表明,分形维数随应变量的增加而增大,在半对数坐标系,分形维数与Z参数呈线性关系。     

砂轮约束磨粒喷射精密光整加工外圆表面分形维数的研究

应用分形维数与Ra、Rq及支撑长度率的关系对磨削表面和磨粒喷射精密光整加工表面进行研究。试验在MB1332A外圆磨床上完成，加工试样为Ra=0.6 μm左右的45#钢，加工表面形貌和微观几何参数用扫描电子显微镜(SEM)和Micromesvre 2表面轮廓仪测量。试验结果表明：分形维数与Rq呈线性关系可以较好的评价机械加工表面微观形貌的几何结构，以弥补传统的粗糙度评定参数的不足；分形维数值D与支承长度率曲线的变化规律一致，在研究表面接触和磨损中，可用分形维数代替支承长度率曲线。     

激光熔覆表面的冲蚀磨损及分形特征

研究表明，运用激光熔覆的方法在基材表面上涂上一定含量的Ｎｉ包ＷＣ粒子合金粉末层，具有１６Ｍｎ基材２．２倍的相对耐冲蚀性能，对冲蚀表面分析表明冲蚀表面是一个分形结构，冲蚀磨损的体积冲蚀率与靶材磨损表面的分形维数呈负斜率的直线关系，并且可以用两种不同的分形维数来描述冲蚀磨屑的几何不规则性和碎片性，且两者具有不同的物理意义。     

战斗部壳体爆炸破片体/线分形维数研究

为研究爆炸瞬时情况下金属壳体破碎形成破片的形状特征规律,设计了壳体爆炸破碎形成破片回收试验,来研究瞬时破碎条件下破片分布及内在关系。通过借鉴体/线分形维数测定数学模型,并应用MATLAB软件中数学算法对描述破片质量或大小分布特征的体分形维数D₃以及描述破片迎风面投影轮廓特征的线分形维数D₁进行了计算。研究结果表明：爆炸条件下壳体破碎形成破片质量分布和形貌特征均满足统计自相似性,可以用分形维数来表征;计算获得破片平均体分形维数为2.385 9,平均线分形维数为1.298 7,二者之间满足D₃+2D₁=5.     

分形维数与含MnS超高强度钢断裂韧性的关系研究

应用分形理论研究含MnS的超高强度钢D6AC的分形及其分形维数的测量方法,得出试样的韧性与分形维数DH成正比关系,即韧性随分形维数的增大而增加.揭示了断口分形维数与材料性能之间的内在联系,为分形理论在材料领的应用提供了有益的帮助.     

基于分形方法的装备故障频数预测

针对包络灰预测方法预测精度较低和Verhulst灰色预测模型计算过程复杂的情况,提出了预测装备故障频数的分形方法。在介绍有关分形理论的基础上,针对实际应用中分形维数不恒定的问题,将变维分形的概念引入到装备故障频数预测中。通过分形变换,采用各阶累计和的方法将原始数据变换后可以用分形分布来处理,进而构建变维分形的预测模型。利用建立的模型对装备故障频数进行了预测,实例验证其预测精度达到99.78%。结果表明,该方法对装备故障频数的预测具有一定的借鉴意义。     

坦克履带板疲劳裂纹分形维数随裂纹扩展的变化规律

ZGMn13是主战坦克履带板材料,研究其断裂性能对提高坦克的战技水平意义重大。本文用扫描电镜( SEM)对有疲劳裂纹试件按确定位置进行拍照,经编程处理后得到裂纹轮廓线,采用垂直剖面法测量其分形维数,通过研究分形维数随裂纹扩展的变化规律,最终确定在每个试件疲劳裂纹的中间位置其分形维数最大。     

二维谱的多分形特征提取及其应用

针对二维谱的特征量化问题,提出了基于多分形分析和形态参数拟合的二维谱特征提取方法,并给出了此方法在某高射机枪裂纹故障诊断中的一个应用实例。此方法将二维谱视为一个二维的数据集,借助于小波领袖来估计二维谱的多分形谱,根据所估计出的多分形谱的分布形态,选用适当形式的含有待定系数的表达式对多分形谱进行拟合,用拟合系数组成特征向量并作为二维谱最终的特征。此方法客观高效,适用范围广,可用于各种类型二维谱的量化特征提取。     

分形维数与冲击断口形貌研究

研究分形维数与断口形貌的关系 ,选用两套试样 ,一套试样经 2 0 0℃到 70 0℃回火处理 ,另一套含有不同体积分数的非金属夹杂物。这两套试样的断口形貌分别为沿晶断裂 ,韧性断裂和混合型断裂。因此将分形几何学应用于断口形貌的研究 ,可反映材料韧性与分形维数的关系     

50SiMnVB钢圆筒在爆炸载荷作用下断裂行为研究

研究了在爆炸载荷作用下,50 SiMnVB钢圆筒自然破碎和高能束改性破碎后,破片拉伸和剪切断口在整个断面上的比例所发生的变化规律,表明采用高能束局部改性技术可以实现脆性材料圆筒断裂方式的转化。试验中还观察到在拉伸断口应力方向的断面上出现了熔化现象,这说明在拉伸断裂区局部存在着剪切现象,同时证明采用高能束改性后圆筒在爆炸载荷作用下可产生全壁厚剪切断裂。     

高温后混凝土冲击破碎能耗及分形特征研究

为研究高温后混凝土在冲击破碎过程中的能量耗散特性及碎块块度分布规律,采用100 mm分离式霍普金森压杆装置,对不同温度（常温、200 ℃、400 ℃、600 ℃、800 ℃）作用后的混凝土进行冲击压缩实验,分析了冲击弹速和温度对试件冲击破碎能耗、破坏形态及碎块分形维数的影响。研究结果表明：同一温度下,耗散能随弹速和应变率的升高不断增大,同一弹速下,耗散能随温度的升高总体呈下降趋势;冲击破坏后混凝土破碎块度分布是一个统计意义上的分形,随弹速及温度的升高,试件破碎程度增大,碎块数目增多、尺寸减小,分形维数增大;耗散能与碎块分形维数的变化在相同温度下具有一定的正相关性。由此可见,不同温度、弹速下混凝土的冲击破碎是外部能量驱动下的分形演化过程。     

Fault Diagnosis Method Based on Fractal Theory and Its Application in Wind Power Systems

The non-linear dynamic theory brought a new method for recognizing and predicting complex non-linear dynamic behaviors. The non-linear behavior of vibration signals can be described by using fractal dimension quantitatively. In this paper, a fractal dimension calculation method for discrete signals in the fractal theory was applied to extract the fractal dimension feature vectors and classified various fault types. Based on the wavelet packet transform, the energy feature vectors were extracted after the vibration signal was decomposed and reconstructed. Then, a wavelet neural network was used to recognize the mechanical faults. Finally, the fault diagnosis for a wind power system was taken as an example to show the method’s feasibility.     

一种基于分形的RDX感度计算方法

火炸药的感度一般通过其表面形貌和分子结构来计算,但火炸药微粒的表面形貌极不规则,分子结构复杂多样,采用此种方法计算感度复杂度高,且结果不稳定。为解决该问题,本研究以分形理论为基础,结合图像处理技术对两种不同制备方法的RDX表面粗糙度进行了定量分析,并将感度的试验测试结果与表面分维数进行了对比。结果表明,分形维数越大,其表面越粗糙,RDX的感度在一定程度上随着其表面分维数的增大而增大。     

合金元素对断裂激活能的影响

研究了工业纯铁、Ａｌ合金、低碳锰钢三种材料的断裂时间与应力、温度的关系。结果表明：合金元素通过形成不同的固溶体而改变断裂激活能。置换固溶体可增加断裂激活能，并随着合金元素含量的增加而增大；间隙固溶体断裂激活能略有减少。断裂过程可分为热激活过程和非热过程两部分。