分形理论与岩石爆破块度的预报研究

根据分形几何理论，研究了岩石爆破块度的分形特征，发现岩石的爆破块度具有良好的分形结构。探讨了爆破参数与爆破块度分维数之间的关系。笔者认为，对一直困扰我们的由岩石特性引起的爆破成缝的随机性、不规则性和爆破块度分布的复杂性，分形理论可能为岩石爆破后的块度估算、爆前块度的预报和爆破参数的优化研究开创一个新的生长点。     

分形理论与岩石爆破块度的预报研究

根据分形几何理论,研究了岩石爆破块度的分形特征,发现岩石的爆破块度具有良好的分形结构。探讨了爆破参数与爆破块度分维数之间的关系。笔者认为,对一直困扰我们的由岩石特性引起的爆破成缝的随机性、不规则性和爆破块度分布的复杂性,分形理论可能为岩石爆破后的块度估算、爆前块度的预报和爆破参数的优化研究开创一个新的生长点。     

煤块冲击破碎粒度的分形特征

煤块冲击破碎后的粒度分布具有分形特征,根据分形理论建立了煤块冲击破碎粒度的分形模型,对不同矿区的煤块进行冲击破碎试验。在不同试验条件下对冲击破碎后煤块的筛下质量累积概率进行函数拟合,拟合结果表明分形模型能够很好地描述煤块冲击破碎后的粒度分布特征,粒度分形维数是评价煤块冲击破碎效果的重要参数。采用Matlab软件建立了粒度分形维数与试验参数之间的二次方模型,该模型的预测结果与试验结果的平均误差为2.51%,满足预测误差要求,为控制煤块冲击破碎后的产品粒度分布提供了理论依据。     

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。     

工程爆破中岩石破碎块度的理论研究

利用爆破流体动力学理论分析，炸药在岩体内产生的速度势量场和速度场，来确定岩石的破碎块度，这样即可以与常用的经验公式相对照，相互补充，以求出其结果更符合实际。     

基于分形的航天故障诊断

本文提出了一种基于分形的航天器的故障检测新方法。由于故障发生时系统表现异常,这此异常可导致测量信号发形维数的变化,根据这些变化可进行故障检测。基于分形的故障检测方法可以实现实时的检测系统的状态,包括系统的动态量以及静态量参数。该方法还能将测量信号的分析处理和故障的定位很好地结合起来。     

基于分形的航天器故障预报

提出了一种基于分形的航天器故障预报新方法,并给出具体预报公式。由于故障发生前都蕴含前兆因子,这些因子可导致测量信号分形维数的变化,根据这些变化可进行故障预报,该方法理论明确,参数简单,克服了传统故障预报方法易丢失故障信息的缺点。     

基于分形理论的自动舵液压阀故障诊断方法研究

针对自动舵液压阀工作过程中存在的非线性问题,提出一种以阀芯位移信号分形特征为判据的故障诊断方法,并研究了分形特征参数——关联维数的计算方法和参数的选择。在建立液压阀数学模型的基础上,对液压阀正常和故障进行仿真,通过确定时间延迟、嵌入维数和无标度区,计算阀芯位移数据的关联维数。结果表明:不同状态的关联维数值具有明显的可分性,可以定量表征液压阀的工作状态,进而达到装备故障诊断的目的。     

高温后玄武岩纤维混凝土冲击破碎分形特征

采用Ф100 mm分离式霍普金森压杆试验系统,对高温后素混凝土(Plain Concrete,PC)及玄武岩纤维混凝土(Basalt Fiber Reinforced Concrete,BFRC)在冲击荷载作用下破碎块度分布、破碎分维及能耗特性进行研究。结果表明,冲击破坏后试件破碎块度分布为统计意义的分形,温度及弹速的升高导致试件破碎程度及分维值总体增大;BFRC分维在常温及600℃~800℃时普遍小于PC,在200℃~400℃时随弹速提高较PC先减小后增大,纤维掺量为0.2%时BFRC分维相对较大;同一温度下试件能耗密度随分维的增大而增大,相同能耗密度下分维随温度的升高而增大;BFRC分维随弹速的变化有两个临界速度特征点:起裂临界及粉碎临界弹速,在此弹速范围内,试件破碎分形演化特征明显,分维随弹速提高显著增大,且临界弹速随温度的升高逐渐下降。     

分形公差理论及其分形维数的计算方法

 从产品性能公差设计的角度探讨分形公差理论的建模、分析、设计等有关方法, 着重研究分形维数的计算理论和工程方法。     

基于分形损失理论的粗糙节理岩体中应力波波速研究

从损伤力学的基本理论出发,推导了应力波在节理岩石中传播波速的解析解,建立了节理面图像分形维数与波速间的关系。为了从数值角度探讨节理面图像维数对波速的影响规律,基于图像每一像素颜色可表示为一个三维空间矢量的基本假定,构建了节理面图像的粗糙“颜色表面”模型,计算了该“颜色表面”的分形维数,此维数即为节理面图像维数,并通过实例验证了该法的可行性。在此基础上,通过数值方法探讨了波速随图像维数的变化规律,研究显示：随着节理面图像维数增大,节理面粗糙程度的增加,应力波波速相应减小,且在不同的图像维数区间里,波速减小的速率也有所不同     

含倾斜裂纹三点弯动态断裂试验研究

为研究冲击荷载下巷道围岩不同角度径向裂纹的破坏机制,采用落锤冲击加载平台和数字激光动态焦散线实验系统,以有机玻璃为试验材料,设计冲击荷载下半圆孔上不同角度裂纹的三点弯动态断裂试验,记录预制裂纹的角度α的改变对裂纹动态力学行为的影响,通过分析动态应力强度因子和裂纹扩展轨迹的分形维数对实验现象进行归纳总结。研究发现:①预制裂纹角度对裂纹尖端应变能的积累和释放的快慢有较大影响,随着角度的增大,起裂时间变短,起裂更容易,裂纹尖端应变能积累的更快;②裂纹尖端应变能释放的快慢在α=45°两侧表现出不同的规律;③不同角度裂纹的Ⅰ型动态应力强度因子随时间的变化规律具有相似性,但最大值却具有差异性;④不同角度裂纹的扩展轨迹满足一定的分形规律。     

介孔材料分形表征的研究进展

分形是材料表征中一种新兴的方法。本文介绍了介孔材料的基本特性和表征方法;阐述了分形理论的发展、分形维数的计算测定与分形在介孔材料表征中的应用,分析了介孔材料的分形模型,指出分形在介孔材料表征中的发展前景。     

ABS/HGB复合材料断口分形维及其与冲击强度的关系

为了改善填料与基体树脂的相容性,应用硅烷偶联剂对中空玻璃微珠(HGB)进行表面处理,并制备了HGB填充聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)复合材料,HGB的体积分数为0～15%.在室温条件下,测量了ABS/HGB复合材料的冲击强度.基于冲击断口的SEM图像,采用像素点覆盖法和投影覆盖法测算了ABS/HGB复合材料的冲击断口表面分形维(Ds),并考察了分形维与复合材料冲击断裂强度(σI)的关系.结果表明,ABS/HGB复合材料的冲击强度与断口表面分形维密切相关:σI随着Ds的增加而提高,两者之间呈指数函数关系.应用像素点覆盖法测算的Ds值为1.62～1.74,而应用投影覆盖法测算的Ds值则为2.51～2.58.     

爆破振动信号时频特征的三维分形特性研究

为进一步研究爆破振动信号能量特征,基于小波包变换方法对爆破振动信号时频能量特征进行分析。在二维矩形盒维数模型的基础上建立了计算三维曲面分形盒维数模型,并计算得到实测爆破振动信号时频能量谱的三维分形盒维数D3d=2.148 8。该分形维数满足空间分形条件2D3d3,验证了爆破振动信号时频能量谱具有三维分形特征。经研究三维分形曲面盒维数D3d与其剖面二维分形盒维数D2d之间的数值关系,表明计算空间分形曲面分维数的常规假设D3d=D2d+1并非严格成立。研究表明,所提出的长方体覆盖空间曲面的分形维数计算方法可行、有效,为进一步研究爆破振动信号特征、控制爆破地震效应提供了新的研究思路。     

砂浆力学性能与其断口分形维数关系的研究

对4种不同配比、3种不同养护期的砂浆的抗压性能差异性进行了检测;用投影覆盖法编程计算了砂浆断面的表面分形维数,并考察了它与抗压强度之间的关系。结果表明,不同的配比、不同的养护期均会对砂浆的抗压强度产生影响,由实验结果分析得出最优配比和最优养护期;砂浆断口的分形维数介于2.7~3,相关系数均大于0.9,分形维数与抗压强度呈正相关关系,验证了用分形理论分析建筑砂浆力学性能的可行性。     

基于提升小波变换和分形维数的声纳图像识别

分形理论在图像的纹理识别中得到了广泛应用,由于分形维数不能反映图像的空间信息,容易造成误识别。针对该问题并结合声纳图像的特点,通过提升结构构造了Haar小波,并将提升小波变换同分形理论相结合,利用小波分解的多分辨率特点和分形维数的多尺度特性,提高图像的识别率。采用Levenberg-Marquardt(L-M)算法优化的BP神经网络对不同信噪比的声纳图像进行分类识别。实验结果表明,文中方法不论在识别率还是识别时间上均优于传统纹理识别方法。     

准分子激光加工表面微观形貌的分维表征研究

准分子激光加工表面的分形特征的研究未见有报道，文章论述了准分子激光加工的表面可以是分形表面，计算了准分子激光加工某些陶瓷表面轮廓的分维D，并把表面分维Ds与Da值和均方根σ值进行了对照，指出了它们之间的对应关系由它们各自的定义所决定。