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。     

微机电系统(MEMS)磨损的分形分析

基于M-B分形磨损模型,建立微机电系统(MEMS)表面磨损率与分形维数之间的关系,对MEMS表面的磨损规律与表面特性进行相关分析.结果表明,分形维数对MEMS表面磨损率的影响具有一定的规律性,当分形维数在某一范围时,磨损率随着分形维数的减小而迅速增大;当分形维数为1.5时,磨损率达到最小值.当分形维数一定时,磨损率随着尺度系数、磨损概率常数的增大而增加,随着MEMS材料性能参数的增大而减小.当其它影响参数保持一定时,磨损率随着MEMS表面接触面积的增大而增加.     

基于分形理论的磨合磨损建模

为了求解在粗糙表面上磨合磨损的磨损率,将分形接触模型和传统磨损公式相结合,推导了基于分形参数的磨损率模型,并对该模型进行了分析。建立了磨损率与分形维数、材料性能常数之间的关系,从而得出材料的磨损规律。分析结果表明:当分形维数在某一范围内时,磨损率随分形维数的增大先减小后增大;当分形维数一定时,磨损率随着尺度常数的增大而增大,随着材料性能常数的增大而减小;当其它各参数保持一定值时,磨损率与接触面积的变化趋于一致。     

机械密封端面黏着磨损分形模型

在机械密封端面接触分形模型基础上,依据Archard磨损理论,通过引入分形磨损系数及求解塑性和弹塑性变形微凸体的体积,建立了机械密封端面黏着磨损分形模型。得到了机械密封软质环端面磨损率与端面轮廓分形参数、真实接触面积、材料性能参数以及工作参数之间的关系式。对B104a-70型机械密封软质环端面的磨损率进行了计算和分析。结果表明,端面磨损率随着端面比压、转速及端面特征尺度系数的增大而增大;随着端面分形维数的增大先迅速减小后逐渐增大,即存在一个使磨损率最小的最优分形维数。     

接触式机械密封端面的分形磨损模型

基于分形理论将动、静环端面的接触简化为粗糙表面与理想刚性平面的接触，讨论了接触式机械密封端面形貌的表征方法，建立了接触式机械密封的磨损模型。根据建立的模型，分析各分形参数、材料参数及工作参数对磨损的影响，并，将所建模型与实验数据进行对比，验证了模型的合理性。结果表明：接触式机械密封分形维数D与其磨损率γ呈浴盆曲线的关系;特征长度尺度参数G、端面比载荷pg、转速n与其磨损率γ成正比；接触式机械密封的综合弹性模量E与其磨损率γ成反比。     

表面磨损的动态分形模型研究

由于表面形貌的分形维数Ｄ和尺度系数Ｇ会随着零件表面的磨损发生变化,故应用切比雪夫多项式来表征磨损表面分形维数Ｄ的动态变化规律,分析尺度系数Ｇ随零件表面磨损的变化趋势,并提出一组磨损率动态预测分形模型。仿真试验表明,磨损率动态预测曲线与同条件实验结果表致,且更精细。     

基于分形理论的RIFLE线表面磨损动态模型

根据实测数据得出分形维数D随着枪支发射子弹量变化的动态方程，并分析了尺度系数G的变化规律．应用分形几何理论和分形接触模型公式，建立了枪管RIFLE线表面磨损率与枪支发射子弹量之间的动态预测分形模型．其动态预测趋势与实验数据吻合．从而为枪管RIFLE线磨损的检测提供了新的思路。     

考虑摩擦的球面切向接触刚度分形模型研究

为准确且方便地计算两球面的切向接触刚度（TCS）,在前期对两球面接触分形模型研究的基础上,通过引入考虑摩擦因素的弹塑性变形临界面积计算公式,并基于接触面切向刚度基本理论,建立了考虑摩擦因素的两球面切向接触刚度的分形模型。对模型进行了仿真分析,结果表明：切向接触刚度与法向载荷成正比关系;摩擦因数与切向接触刚度的关系因分形维数的变化而呈现出不同的规律;受到分形维数变化的影响,切向接触刚度随接触面材料特性参数和分形粗糙度幅值的增大而增大;在一定工况下,切向接触刚度在分形维数取1.5时达到最大,且当分形维数在1.5左右时,其值增大最快;球面内接触比外接触时的切向刚度大;随着曲率半径的增大,切向刚度增大。研究结果为后续开展高副结合面（如轴承等）润滑及动力学分析提供了理论基础。     

结合面切向接触阻尼三维分形模型

基于分形理论,考虑摩擦因素的影响,应用描述三维粗糙表面形貌的W-M函数,推导了结合面切向阻尼能耗和切向等效黏性阻尼三维分形模型.使用Matlab软件进行仿真分析,结果显示:结合面的切向阻尼能耗随着法向总载荷、摩擦因数的增大而减小,随着材料塑性指数、切法向载荷比、分形粗糙度参数的增大而增大;结合面的切向接触阻尼能耗和分形维数之间的关系比较复杂;结合面的切向接触等效黏性阻尼随着摩擦因数、分形粗糙度参数的增大而减小,随着法向总载荷、切法向载荷比、材料塑性指数的增大而增大;结合面的切向接触等效黏性阻尼随着分形维数增大先增大后减小,在分形维数等于2.7附近时取最大值;当分形维数等于2.1～2.5时,结合面的切向接触等效黏性阻尼和法向总载荷呈现明显的非线性关系;当分形维数2.5～2.9时,结合面的切向接触等效黏性阻尼和法向总载荷趋于线性关系.     

两类材料磨损表面分形特性研究

在弹性金属塑料复合材料和 HT2 0 0两类材料分别与钢的摩擦磨损试验的基础上 ,通过对试样表面轮廓的测量与计算 ,获得稳定磨损状态下 ,弹性金属塑料复合材料磨损表面的分形维数为 1.71,HT2 0 0为 1.5 2。建立并分析了它们的表面分形维数与磨损率的对应关系 ,认为改善润滑条件和控制对摩偶件表面形貌是降低弹性金属塑料复合材料与钢对摩时磨损率的主要途径 ;确定了可以维持 HT2 0 0与钢对摩的稳定磨损率的表面分形维数。上述结果为实际应用提供了实验依据     

依据各向异性分形几何理论的固定结合部法向接触力学模型

基于各向异性分形几何理论,考虑微凸体变形特点、表面微凸体承受法向载荷的连续性和光滑性原理,以及区分微凸体分别处于弹性、塑性变形时的一个微凸体实际微接触面积,建立固定结合部法向接触力学模型。采用二变量Weierstrass-Mandelbrot函数模拟各向异性三维分形轮廓表面。推导出划分弹塑性区域的临界弹性变形微接触截面积、结合部量纲一法向载荷、结合部量纲一法向接触刚度的数学表达式。数值仿真结果表明：当表面形貌的分形维数、分形粗糙度一定时,真实接触面积随着结合部法向载荷的增大而增大;结合部法向接触刚度随着真实接触面积、结合部法向载荷、相关因子或材料特性参数的增大而变大;当分形维数由1变大时,结合部法向接触刚度随着分形维数的变大而增大;当分形维数增加到趋近于2时,结合部法向接触刚度有时却会随着分形维数的增加而降低。结合部法向接触力学模型的构建,有助于分析固定接触表面间的真实接触情况。     

RIFLE表面的变化对弹头磨损影响的分形研究

为探讨枪管RIFLE线表面的变化对弹头磨损的影响，应用分形理论对弹头磨损表面进行了分析研究，并应用结构函数法计算出RIFLE不同程度磨损下的弹头磨损面的分形维数。结果表明：随着RIFLE表面磨损程度的增大，弹头磨损面的分形维数D也将随之发生变化。RIFLE磨损程度不同，弹头磨损面的分形维数不同。因此，分形维数可以作为弹头磨损表面量化检验的参数，通过分析弹头上膛线磨损痕迹面的变化特征可以推断枪支的磨损程度。     

刀具磨损过程中切削力动态分量信号分形维数的变化规律研究

研究了刀具磨损过程中切削力动态分量信号分形维数的变化规律 ,发现分形维数在刀具初期磨损和剧烈磨损阶段较正常磨损阶段高。由于切削力信号动态分量的分形维数随刀具磨损状态的变化而变化 ,使得它可以作为切削过程中判断刀具工作状态的一个参数     

考虑硬度变化的结合面法向接触刚度分形模型*

基于分形几何理论,考虑微凸体因应变硬化而造成弹塑性变形阶段硬度随变形量变化而变化,建立结合面第一、第二弹塑性变形阶段单次加载刚度分形模型。推导出在计入硬度变化的情况下,单个微凸体在弹塑性变形阶段法向接触刚度与接触面积之间的关系式,进而得出结合面在弹塑性变形阶段法向接触刚度与接触面积、接触载荷之间量纲为一的关系式,并通过仿真分析得出相关参数对结合面法向接触刚度的影响。仿真结果显示:考虑硬度变化时,结合面量纲一法向接触刚度的值与法向实际接触载荷、实际接触面积之间存在关系;结合面法向接触刚度随着分形维数D的增大而增大;分形维数一定时,结合面法向接触刚度随表面长度尺度参数G值增大而增大。     

基于分形接触模型的齿轮接触强度影响参数分析

根据基于分形接触模型的齿轮接触强度理论,讨论了影响齿轮接触强度大小的几个参数：粗糙度幅值参数、材料的特性参数、分形维数和表面粗糙度。结果表明：减小粗糙度幅值参数、增大材料的特性参数有利于提高齿轮接触强度;分形维数和表面粗糙度与接触强度之间不是线性关系,而是存在一个最优值。      

基于分形理论的磨合磨损预测模型

把分形几何用于粗糙表面的表征,用具有尺度独立性的分形参数研究了磨合过程中表面形貌的变化规律。基于经典接触力学的基本结论和Ｒｏｗｅ的修正粘着磨损理论,建立了磨合磨损的分形预测模型;用此模型分析了表面形貌分形参数对磨损率的影响,并通过销一盘试验验证了本模型的正确性。     

一重分形特征表面的磨合磨损预测模型仿真研究

阐述了基于一重分形特征表面M-B接触模型的磨合磨损预测模型的定义,仿真研究了分形维数D对于磨损量的影响,分析其结果,最后得到了最佳分形维数opcD的计算方法。     

基于LabVIEW的刀具磨损监测分形识别平台

将分形应用在刀具状态监测中,随着刀具磨损量的增加,刀具与工件之间的磨损加剧,振动信号的波形变化越来越不规则,信号的分形维数逐渐增大.盒维数和信息维数变化较小,但变化趋势明显;关联维数的变化相对较大,新刀的关联维数最小,报废刀的关联维数明显增大.识别结果表明,刀具在整个磨损历程中振动信号分形维数的变化规律,其大小能较好地反映刀具不同磨损状态,运用振动信号的分形维数可以有效实现刀具磨损状态的监测.     

电火花毛化加工对轧辊表面磨损性能的影响

用分形几何理论来表征电火花毛化表面微观形貌,通过常规的表面粗糙度指标Ra,建立主要放电参数与毛化表面分形参数之间关系的数学模型,利用分形参数研究电火花毛化加工参数对表面形貌的影响规律。在摩擦磨损分形预测模型的基础上,分析了表面形貌分形参数对磨损率的影响。确定主要的放电加工参数脉冲峰值电流和脉冲宽度所导致的加工表面形貌变化对最终的磨损表面的磨损性能的影响,结果表明,对于具体的加工电极及工件材料,可以由最佳分形维数来确定最佳的放电脉冲宽度和峰值电流。计算结果对实际加工有重要指导作用。     

基于各向异性分形理论的齿轮结合面切向刚度计算模型研究

以M-B分形模型为基础,结合齿轮两圆柱体接触面积的分布公式,推导具有各向异性分形理论的齿轮结合面切向接触刚度计算模型。通过MATLAB仿真,获得模型中主要参数对分形接触模型影响的预测分析。结果表明,齿轮结合面的切向接触刚度与材料特性参数、齿轮齿数成正比,与无量纲粗糙度幅值、总切向载荷与总法向载荷之比成反比。当分形维数较小(D1.7)时,齿轮结合面的切向接触刚度与分形维数成正比;当分形维数较大(D≥1.7)时,齿轮结合面的切向接触刚度与分形维数成反比。