小波系数表征机械加工表面分形特征的计算方法

针对表征机械加工表面轮廓形貌分形特性,提出应用小波变换系数计算分形维数的算法。基于Majumdar-Bhushan分形函数构造典型曲线,采用工程常用的三种小波基函数,通过小波分解提取小波系数,并将在不同分解尺度和阶数下计算出的分形维数进行对比分析和验证,选择出计算分形维数精度较高的小波基函数和分解尺度。用该方法对车削和铣削加工的结合面实验试件表面形貌的分形维数进行计算,评价了表面形貌的分形特征。     

基于小波变换的三维粗糙表面分形维数计算方法

基于小波变换提出一种三维粗糙表面分形维数的计算方法。该方法采用小波变换对三维表面形貌数据进行多尺度分解,通过对不同分解尺度下小波系数平方的均值进行函数拟合,继而得到粗糙表面的三维分形维数。为验证提出的方法的正确性与准确性,采用已知参数构建三维分形表面,对不同方法下分形维数的计算结果进行对比分析。对比结果显示,相比原始盒维数法与差分盒维数法,采用提出的小波变换法计算得到的分形维数误差更小。特别是在小波变换过程中选用sym4小波基函数时,分形维数的计算误差最小,误差能够控制在2%以内。将提出的方法应用于磨削表面分形维数的计算,得到了不同粗糙度下磨削表面的分形维数,进而验证了该方法的实用性。提出的方法能够更加精确地计算三维粗糙表面的分形维数,为粗糙表面分形接触模型的构建提供了参数基础。     

机械加工表面轮廓分形维数对数小波谱计算方法

为了提高接触表面的建模精度,利用小波的多尺度分析能力,对表面轮廓进行多尺度小波分解,提出了计算机械加工表面轮廓分形维数的对数小波谱法以及有效分解尺度概念,并认为轮廓只在有效分解尺度上具有分形特征;通过M-B函数模拟生成不同分形维数、不同采样区间的分形轮廓;应用对数小波谱法计算了模拟轮廓的分形维数,进而与功率谱密度法（PSD法）等5种方法的计算结果进行了分析比较,结果表明：对数小波谱法能很好地处理分形的多尺度特征,并且选用sym4小波时计算精度最高,误差在0.15%以内;最后应用对数小波谱法对一实际机械加工表面轮廓分形维数进行了计算,说明了其实用性。     

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。     

小波变换方法评价曲线的分形特征

应用小波变换对Kiesswetter曲线和3种方法生成的分数维布朗运动（FBm）进行了分析,验证了该方法计算分形维数具有较高的精度。在宽广的分形维数范围内,与其他7种计算方法比较表明,小波变换方法的精确性和一致性都最好。小波变换为进一步分辨确定性信号、分形特征的信号或完全随机性的信号提供了一种有效工具,为评价粗糙表面形貌的分形特征提供了前提条件。     

机械加工表面形貌分形维数的1/f过程小波识别法

结合小波所具有的多尺度分析能力,提出了表征机械加工表面形貌的1/f过程小波识别法,基于MB函数模拟下的分形表面轮廓,计算出不同的小波基函数与不同分解尺度下的分形维数,通过对比挑选出了较为合适的小波基函数与分解尺度;将1/f过程小波识别法的计算结果与计盒维数法、差方法、R/S分析法、功率谱密度法(PSD)、均方根法(RMS)、结构函数法、方程组法等方法进行了对比,得出了1/f过程小波识别法计算结果的准确性与计算上的简便性,进一步说明了该方法能很好地应用到分形表面的多尺度分析上;最后将1/f过程小波识别法应用到了3种实际加工表面上,验证了其实用性。     

基于白光干涉仪的粗糙度表面仿真

基于真实表面的三维数据信号,通过空域滤波算法对信号滤波处理,并用小波分解三维表面高度数据信号,计算真实三维表面的基准面和粗糙度表面。采用小波和分形算法仿真生成与真实表面在不同尺度下分形维数相同的表面。通过W-M函数模拟仿真指定分形维数的表面,经过三维仿真拟合几个特定分形维数的表面。比较仿真拟合表面与原始表面的分形维数,提高仿真模型的准确性。     

小波·分形·神经网络故障诊断法及其在风机诊断中的应用研究

研究了分形理论、小波变换与人工神经网络相结合进行故障诊断的机理与方法。利用小波包可进行多维多分辨率的特性,对振动信号进行分解与重构,提取频带能量特征分析。选用分形理论中的离散信号分形维数计算方法,提取分形维数的特征。以K-L变换作特征降维,然后用基于梯度符号变化的局部学习率自适应误差反传算法的小波神经网络对故障状态进行分类识别。并利用这种方法本文对风机转子故障进行了诊断,结果表明这种诊断方法是完全行之有效的。     

基于小波变换和分形维数的表面微观形貌分析

针对传统三维参数和单一分形维数在表面微观形貌分析中的不足,提出了一种基于小波变换和分形维数的表面微观形貌分析方法。该方法通过小波变换对表面形貌的灰度图像进行分解和单支重构,利用改进的差分盒维法计算原图像和重构子图像的分形维数,依据原图像和重构子图像的分形维数构成的数组对表面微观形貌进行分析。最后,利用本文提出的方法对一组零件的表面微观形貌进行了分析,结果表明原图像和重构子图像的分形维数不仅能够反映表面微观形貌的整体特征还能反映表面不同分辨率下的细节特征。     

评价机械加工表面形貌的小波变换方法

提出了用小波变换计算粗糙表面分形维数的新方法 ,并基于Weierstrass -Mandelbrot函数 (W -M函数Majumdar-Bhushan函数 (M -B函数 )对该方法进行了验证 ,结果表明该方法具有很高的计算精度。应用小波变换方法对核态池沸腾试验板表面形貌的分形特征进行了评价 ,包括铜和不锈钢材料 ,轧制、砂纸打磨和表面机械抛光等 3种加工方法生成 5个粗糙度级别的试验板 ,研究结果表明该方法能有效评价表面形貌的分形特征。     

基于小波分形技术提取发动机曲轴轴承故障特征

利用小波技术对发动机曲轴轴承振动信号进行分解,对特定层的信号进行重构,并计算重构信号的分形维数,来实现发动机曲轴不同技术状态下特征提取。实验结果表明,特定频率带振动信号的分形维数更能敏感反应发动机曲轴轴承技术状态,它可以作为诊断发动机曲轴轴承故障的一个重要特征量。     

结构损伤的分形神经网络检测方法

利用神经网络具有强大的非线性并行处理能力以及分形几何方法不依赖于系统的数学模型的特点,将分形维数与神经网络相结合,建立了结构损伤的分形神经网络检测方法。研究结果表明,结构不同状态下的振动信号的分形维数有明显的不同,可以将分形维数作为结构损伤检测的特征量,并用神经网络将结构的不同状态模式识别出来。     

一种辨识磨粒群分形无标度区的新算法

针对磨粒群分形维数计算精度偏低,且无标度区辨识过程中容易出现局部最优的问题,提出了一种辨识无标度区的新算法。首先利用模拟退火K-means算法对磨粒群r～N(r)(尺度~测度)双对数曲线的一阶局部导数聚类,剔除一阶导数为0及波动很大的区间,然后利用模拟退火K-means算法对曲线的二阶局部导数聚类,识别出精确的无标度区间。应用新算法对典型的分形图形进行了分形维数计算,计算结果与理论值吻合度较高;同时应用新算法对磨粒群的分形无标度区进行了辨识。研究表明：磨粒群的分形无标度区较宽,新算法对磨粒群等多孔图形的无标度区辨识效果较好,能显著提高磨粒群分形维数的计算精度。     

分形在齿轮磨损监测中的应用

将分形理论用于齿轮磨损的监测,从工程应用角度介绍了振动信号盒维数的计算方法。通过对齿轮振动信号分形维数的计算,揭示了分形维数与信号复杂程度之间的内在联系。结果表明:随齿轮磨损的增加,齿轮振动信号盒维数呈下降趋势,运用振动信号的分形维数特征可有效实现齿轮磨损监测。     

Hierarchical fractal structure of perfect single-layer graphene

The atomic lattice structure of perfect single-layer graphene that can actually be regarded as a kind of hierarchical fractal structure from the perspective of fractal geometry was studied for the first time. Three novel and special discoveries on hierarchical fractal structure and sets were unveiled upon examination of the regular crystal lattices of the single-layer graphene. The interior fractal-type structure was discovered to be the fifth space-filling curve from physical realm. Two efficient methods for calculating the fractal dimension of this fresh member was also provided. The outer boundary curve had a fractal dimension equal to one, and a multi-fractal structure from a naturally existing material was found for the first time. A series of strict self-similar hexagons comprised a rotating fractal set. These hexagons slewed at a constant counterclockwise angle α of 19.1° when observed from one level to the next higher level. From the perspective of fractal geometry, these pioneering discoveries added three new members to the existing regular fractal structures and sets. A fundamental example of a multi-fractal structure was also presented.     

Fractal surface synthesis based on two dimensional discrete Fourier transform

The discrete Fourier transform（DFT） is used for fractional Brownian motion（FBM） surface synthesis in tribology（i.e., contact, sliding, and sealing, etc）. However, the relationship between fractal parameters（fractal dimension and scale factor） and traditional parameters, the influence of fractal parameters on surface appearance, have not been deeply discussed yet. These lead to some kind of difficulty to ensure the synthesized surfaces with ideal fractal characteristic, required traditional parameters and geometric appearance. A quantitative relationship between fractal parameters and the root mean square deviation of surface （Sq） is derived based on the energy conservation property between the space and frequency domain of DFT. Under the stability assumption, the power spectrum of a FBM surface is composed of concentric circles strictly, a series of FBM surfaces with prescribed Sq could be synthesized with given fractal dimension, scale factor, and sampling numbers, but the ten-point height（Sz）, the skewness（Ssk） and the kurtosis（Sku） are still in random, where the probability distributions of Sz and Ssk are approximately normal distribution. Furthermore, by iterative searching, a surface with desired Abbott-Firestone curve could be obtained among those surfaces. An intuitive explanation for the influence of fractal dimension and scale factor on surface appearance is obtained by discussing the effects on the ratio of energy between high and low frequency components. Based on the relationship between Sq and surface energy, a filtering method of surface with controllable Sq is proposed. The proposed research ensures the synthesized surfaces possess ideal FBM properties with prescribed Sq, offers a method for selecting desired Abbott-Firestone curve of synthesized fractal surfaces, and makes it possible to control the Sq of surfaces after filtering.