磨粒分形维数与摩擦状态相关性的研究

以45钢-铜配副在浸油状态下进行磨损试验，考察了不同磨损阶段磨粒群体分形维数的分布特征，测量了多种磨粒表征参数，并就各表征参数与摩擦力的关联性进行了对比分析。结果表明：磨粒群体中轮廓分形维数的分布呈正态分布；磨粒分形维数相对于其他表征参数而言，和摩擦力相关性更大，且两者呈反比关系。     

油润条件下磨粒分形行为与摩擦状态相关性的研究

以45#钢-铜配副在浸油状态下进行磨损试验,采用自行构建的磨粒分析系统考察不同磨损阶段产生的磨粒形态,测量多种磨粒表征参数,并就各表征参数与摩擦力的关联性进行了对比分析.分析结果表明:磨粒群体中轮廓分形维数的分布呈正态分布;磨粒分形维数相对于其它表征参数而言,和摩擦力相关性更大.     

片状磨粒、块状磨粒和层状磨粒轮廓分形维数研究

选取计盒维数法作为计算磨粒轮廓分形维数方法,采用磨粒相片、实验法和现场收集3种方法收集了片状磨粒、块状磨粒和层状磨粒各600个样本,并在500和800倍放大倍数下进行了轮廓分形维数计算.结果表明,这3种磨粒轮廓分形维数分布为正态分布,在放大800倍数时具有最好的统计分形;研究结果可用于磨粒自动识别和磨损状态实时检测.     

砂轮表面轮廓的分形探索

提出了用分形几何的方法描述砂轮表面轮廓形貌。采用结构函数法计算砂轮表面周向轮廓的分维数ｄ和拓扑常量ｃ。综合应用分形参数ｄ和ｃ,能提供不依赖于尺度的砂轮轮廓形貌的描述方式,可有效地识别砂轮的磨粒大小、表面的磨损状态等。     

基于分形理论的磨粒磨损类型

本文在M-R接触分形模型的基础上，根据塑变磨损理论导出了基于分形参数的磨粒磨损模型，建立了磨损率与分形维数之间的关系，综合反映了材料的磨损规律和表面特性。根据该模型可知，当分形维数在某一范围时，磨损率达到最小值。当分形维数一定时，磨损率随尺度系数、磨损概率常数的增大而增大。随材料性能参数的增大而减小；当其余各影响参数保持一定时，磨损率随接触面积的增大而增大。     

磨粒分形识别及发展

相互作用表面间必然会产生磨粒,磨粒含有大量的有关材料摩擦磨损的信息。磨粒形态分析是确定磨损方式和磨损程度的有益手段。磨粒并非是欧氏几何体,而是展示出了分形性质。基于分形几何理论,可获得尺度不变的分形参数,用这类参数可对磨粒形态进行客观、全面的表征。本文综合评述了磨粒分形表征以及磨粒形态与磨损方式、磨损程度间的定量耦合关系等的研究进展,对将来磨粒分形研究的趋势和注意的问题进行了探讨。     

磨粒磨损的接触分析

磨粒磨损作为磨损的主要类型之一,影响机械使用寿命。针对犁沟磨损机制,采用球形磨粒模型和分形磨粒模型,对于磨粒磨损的压入、滑动和压碎3个过程,利用有限元软件ANSYS,分析磨粒与磨损表面接触区的Mises应力和剪应力分布以及应力随表面深度的变化情况,并对2种模型的分析结果进行对比。研究结果表明,球形磨粒模型中,磨粒与表面接触处的Mises应力和剪应力分布比较分散,且应力峰值较小,在相同材料和压力下磨粒和表面均未压碎;然而分形磨粒模型中,磨粒与表面接触处的Mises应力和剪应力分布比较集中,且应力峰值较大,磨粒和表面均压碎。2种模型中,采用分形方法构造的分形磨粒形状与实际情况中的磨粒形状更加相似。     

铁谱磨粒形态分形特征参数提取方法研究

阐述了分形与分形维数的定义，给出了铁谱磨粒分形维数和无标度区间的计算原理。编制了磨粒图像处理及磨粒分维计算的计算程序，并以片状磨粒为实例，提取了该磨粒的轮廓分维特征、磨粒表面纹理特征、表面纹理方向特征与磨粒表面间隙度特征四个特征值，为有效识别磨粒提供科学依据。     

油液中磨粒粒度分布的实验研究

磨粒的粒度分布不但是决定设备磨损进程的重要因素，而且是磨损类型识别的基础。采用激光光阻法对-液压系统中的磨粒分布进行了测量，用χ^2检验法对其概率分布形式及分布参数进行了分析。结果表明，该系统油液中磨粒粒度呈对数正态分布，用χ^2检验法能确定磨粒分布参数。     

磨粒磨损的磨粒接触热分析

针对磨粒磨损机制,采用球形磨粒模型和分形磨粒2种模型,利用有限元软件ANSYS分析磨粒磨损的滑动过程,探讨磨粒与磨损表面接触区內的温度变化、热应力分布及其随表层深度的变化情况,并对2种模型的分析结果进行对比分析。研究结果表明:球形磨粒模型中磨粒温度较高,接触体温度较低,磨粒与磨损表面温差较大,磨粒与表面接触处的Mises应力和剪应力分布比较分散;而分形磨粒模型中接触体温度较低,磨粒温度更低,磨粒与磨损表面温差较小,磨粒与表面接触处的Mises应力和剪应力分布比较集中,并且应力最大值比球形磨粒模型的大。     

基于表面灰度图像的植物磨料磨损表面分形维数计算

以磨损表面SEM灰度图像为研究对象,采用变分法、双毯法、差分盒计数法和盒计数法4种方法计算植物磨料对不同金属材料磨损表面的三维分形维数。结果表明:植物磨料对金属材料磨损表面具有分形特征,分形维数与体积损失有着密切关系,体积磨损越大,分形维数也越大。4种算法中,变分法计算的分形维数稳定性最好,其次是双毯法和差分盒计数法,盒计数法对表面噪声最为敏感。     

苜蓿草粉对金属材料磨损表面的分形维数计算

基于分形理论和扫描电镜分析,采用差分计数盒法(DBC)计算了苜蓿草粉对金属材料磨损表面的三维分形维数。结果表明:基于DBC法和磨损表面SEM照片计算所得的分形维数,可以表征苜蓿草粉对金属材料磨损表面的形貌特征;相同加工条件下的金属加工表面具有相近的分形维数,但不能通过分形维数区分材料;苜蓿草粉磨损后的磨损表面分形维数与磨损体积损失有着密切的关系,体积磨损量越大,分形维数也越大。     

分形理论在摩擦学研究中的应用

对近年国内外分形理论在摩擦学研究中应用的新进展作了综述,介绍了分形的概念以及分形维数的计算方法,讨论了包括磨损表面形貌分析,材料表界面分形研究和磨合磨损分形模型的建立等分形理论在摩擦学研究中的应用状况,并提出了当前相关研究中所遇到的问题,及今后分形理论在摩擦学研究中的发展方向。     

基于分形理论的磨粒磨损模型

本文在M-B接触分形模型的基础上,根据塑变磨损理论导出了基于分形参数的磨粒磨损模型,建立了磨损率与分形维数之间的关系,综合反映了材料的磨损规律和表面特性。根据该模型可知,当分形维数在某一范围时,磨损率随分形维数的减小而迅速增大;而在另一范围时,磨损率随分形维数的增大而增大;当分形维数等于1.5时,磨损率达到最小值。当分形维数一定时,磨损率随尺度系数、磨损概率常数的增大而增大,随材料性能参数的增大而减小;当其余各影响参数保持一定值时,磨损率随接触面积的增大而增大。     

分形参数对轴心轨迹的影响

研究了分形参数对轴承轴心轨迹的影响.通过表面粗糙度理论综合均方值与分形参数的关系,把分形参数引进轴心轨迹的计算中,研究了分形维数和特征长度对轴颈位置分量和轴心的影响.研究表明： 分形维数和特征长度对轴颈位置分量产生一定的影响; 随着分形维数的增加,轴心轨迹逐渐向轴承中心靠近,但随着分形维数的继续增加,可能存在一个影响它们的极限分形维数,从而使轴心轨迹几乎保持不变,而特征长度对轴心轨迹影响不大.     

考虑摩擦的圆柱面切向接触刚度分形模型研究*

为了更准确地计算圆柱面切向接触刚度,本文考虑摩擦因素的影响,在圆柱面分形接触模型的基础上,引入存在摩擦时弹塑性变形的临界面积公式,并利用切向接触刚度的基本理论,推导考虑摩擦的圆柱面切向接触刚度分形模型,并通过Matlab对上述模型进行仿真,研究不同参数(摩擦因数、分形维数、粗糙度幅值 、材料的特性参数、曲率半径)以及接触的形式对切向接触刚度的影响。仿真结果表明：切向接触刚度与法向载荷成正比关系,但随分形维数取值范围的变化分别呈现指数与线性规律。摩擦因数与切向接触刚度成反比关系;材料的特性参数对切向刚度的影响,不仅与分形维数有关,还与自身取值关联;分形维数,粗糙度幅值与切向刚度的关系,受分形维数和材料特性参数的影响呈现正比或反比趋势。另外,内接触比外接触时的切向刚度大;随着曲率半径的变大,切向刚度增加。该研究为后续开展高副结合面动力学分析提供理论 基础。     

混沌分形理论在往复压缩机气阀故障诊断中的应用

提出用关联维数来定量描述往复压缩机气阀的工作状态,进而对气阀进行故障诊断.首先采用基于经验模态分解和奇异谱分析的基本思想,对气阀不同状态下的信号进行降躁处理,然后计算了信号的关联维数.分析结果表明,气阀不同运行状况对应的关联维数明显不同,因此可以用关联维数作为气阀不同工作状态的特征参数,从而提高了设备故障诊断的准确率.     

切削加工表面分形机理的研究

工程粗糙表面的微观形貌具有统计的自相似分形特性 ,本文明确给出了其重要的分形指标—分维数的物理含义 ,并将表面的分形研究从理论上和实际上深入到机械加工工艺过程中去 ,以磨削为例 ,建立起有关磨削参数与磨削表面分形参数之间关系的理论模型 ,为在磨削加工中 ,通过控制有关磨削参数和磨削条件 ,以达到最优维数打下了理论基础。本论文的研究可望在提高工程表面的使用性能以及降低加工成本等方面发挥较大的作用。     

不同材料的准分子激光修饰表面形貌的分形表征

采用准分子激光加工方法,在相同的工艺参数下加工了脆性材料（A1203陶瓷）和塑性材料（不锈钢、Q235钢）试件.采用分形理论研究了准分子激光加工的不同材料表面的分形特征,通过结构函数法计算了表面微观形貌的分形维数.结果表明：准分子激光加工的不同材料的表面形貌具有不同的分形特性,在相同的加工条件下A1203陶瓷材料表面的分形维数大于不锈钢、Q235钢等塑性材料表面的分形维数,表明脆性材料和塑性材料具有不同的准分子激光加工属性;准分子激光加工表面的分形维数随着激光扫描速度的增大而减小,随放大器电压和脉冲频率的增大而增大,表明可以通过改变加工参数得到不同的分形维数表面.