基于区域分形的热镀锌板腐蚀形貌研究

发生腐蚀的热镀锌板表面形貌具有分形特征,不同分形维数可以反映其不同的腐蚀程度.针对热镀锌板非均匀腐蚀界面提出了区域分形的概念,给出了区域分形维数的计算方法,对三种典型腐蚀程度的热镀锌板腐蚀形貌进行区域分形分析,并将区域分形维数数值与整体分形维数数值进行了比较.结果表明,上述方法可以较好地描述不同腐蚀程度下热镀锌板腐蚀界面的非均匀形貌特征.     

微孔聚丙烯的分形特征

泡孔结构具有分形特征,可以用分形维数来描述其形态复杂性。文中应用MATLAB编写的数盒子算法,计算了应用超临界二氧化碳作为发泡剂间歇发泡制备的微孔聚丙烯的盒维数,并讨论了二值化阈值对分形维数的影响。结果表明,聚丙烯微孔结构具有典型的分形特征,分形维数与微孔聚丙烯的泡孔密度有关,在一定阈值下,分形维数随着泡孔密度的增加而增加。分形维数是发泡聚丙烯微孔结构的几何特性之一,体现了聚丙烯在特定条件下的发泡能力。     

混凝土硫酸腐蚀表面形貌的分形维数表征

进行了混凝土的试验室硫酸加速腐蚀试验,运用三维激光扫描技术对6个不同腐蚀时间的混凝土表面形貌进行了数据采集,获得了每个试件表面上大量测点的三维坐标,采用立方体覆盖法编程计算了混凝土腐蚀表面的分形维数,并得到了分形维数与腐蚀时间、质量损失百分率、腐蚀深度之间的关系。结果表明,混凝土硫酸腐蚀后,其表面形貌具有分形特征,分形维数D可以作为混凝土硫酸腐蚀程度的一种评价指标,分形维数D与腐蚀时间t呈正相关,能用幂函数模型表示为D=1.954×t0.0228。混凝土试件的质量损失百分率ω和腐蚀深度h与其腐蚀表面形貌的分形维数D呈正相关,能分别用幂函数模型表示为ω=5.932×10-19×D57.333,h=5.045×10-20×D58.634,且可以用分形维数D通过这两个模型推断质量损失百分率ω和腐蚀深度h。     

不耦合偏心装药结构爆破损伤破坏的分形研究

为研究不耦合偏心装药结构的爆后损伤范围与损伤程度,以有机玻璃(PMMA)为实验材料,设计爆破二维模型实验,通过数字图像处理方法,计算炮孔周围不同区域的损伤变量,并基于计盒维数理论,编写MATLAB程序计算不同区域爆生裂纹的分形维数。研究表明:①不耦合偏心装药结构的爆后损伤分布呈现显著的非对称性,损伤变量的数值关系:偏心装药耦合侧中心不耦合装药结构偏心装药不耦合侧。②爆生裂纹分布符合分形规律,分形维数的相对大小与损伤变量具有一致性,分形维数可准确表征爆后介质的损伤破坏。③通过回归分析与线性拟合,得到损伤变量与分形维数之间的幂函数关系,建立了相应的损伤预测模型。     

基于分形理论的CFRP布增强混凝土梁抗弯性能研究

在实验室模拟酸雨腐蚀环境,完成了普通混凝土梁与CFRP布增强混凝土梁的抗弯试验,得到了各级荷载作用下构件表面裂缝的分布与演化过程,验证了受腐蚀CFRP布增强混凝土梁表面裂缝分布的分形特征。基于分形理论分析了受腐蚀混凝土梁在弯曲荷载作用下的开裂及破坏过程,详细讨论了梁表面裂缝的分形维数与其抗弯性能参数(损伤深度、混凝土强度、一阶频率、极限承载力、跨中挠度、位移延性系数)之间的关系。研究表明裂缝分形维数随着损伤深度的增加而减小,CFRP布增强混凝土梁的分形维数大于普通混凝土梁,其分形维数变化率与构件承载力变化率之间存在线性关系;因此梁表面裂缝分布的分形特征可作为CFRP布增强混凝土受弯构件损伤程度的衡量指标的观点,可为今后对“在役混凝土结构承载力和寿命预测的研究”提供参考。     

中性盐雾加速腐蚀钢结构表面形貌分形维数表征

为研究中性盐雾加速腐蚀钢结构表面形貌分形维数,开展了七个批次的H型钢人工加速腐蚀试验,借助三维非接触式表面形貌仪对截取的锈蚀H型钢翼缘板进行了表面形貌扫描并获取了三维形貌坐标数据,采用盒宽变换法编程计算了锈蚀表面分形维数,并研究其随腐蚀龄期、质量损失率以及表面粗糙度的变化规律。结果表明:锈蚀钢板的表面形貌具有分形特征。腐蚀初期(龄期短于六个月)钢板表面曲线以及曲面的分形维数均随腐蚀龄期的延长而不断增大,且增大趋势不断减缓;当腐蚀龄期超过六个月后分形维数开始出现上下波动(减小—增大—减小)。锈蚀钢板横截面曲线分形维数呈一定的各向异性,轧制方向分形维数略大于板宽方向。试验拟合得到锈蚀钢板表面分形维数与腐蚀龄期、质量损失率以及表面粗糙度平均高度的相关关系,可用于中性盐雾腐蚀钢板的表面形貌表征。     

矿用钢丝的表面腐蚀形貌及分形研究

钢丝绳中钢丝锈蚀是造成矿用提升钢丝绳失效的主要形式之一,以矿用钢丝为研究对象,在模拟矿井淋水的碱性腐蚀介质下开展长时间的腐蚀试验,观察腐蚀形貌并探讨钢丝的腐蚀规律,基于分形理论计算腐蚀形貌的分形维数。结果表明,分形维数值可以描述钢丝腐蚀过程中表面形貌的复杂程度;腐蚀表面与分形维数密切相关,腐蚀越严重,表面形貌越复杂,分形维数越大;浸泡初期以点蚀为主,失重速率变化较快,分形维数先升高达到一个峰值随后减小;浸泡后期以均匀腐蚀为主,失重速率变化趋于平缓,分形维数逐渐增大。     

复合评定法在三维粗糙表面评定中的应用

提出一种将双树复小波与分形理论相结合的复合评定方法。即利用双树复小波近似的平移不变性和方 向性好等优点,将信号分解成更为细腻的低频和高频信号,同时根据多尺度下信号分形维数的不变性,利用图像灰 度值自相关求得高低频信号的分形维数,通过计算高低频信号分形维数之间的差值（即分形维数距)来确定双树复 小波的分解尺度。仿真结果表明复合评定法可以较好地提取基准面,且分形维数距确定分解层数的准确性通过均 方根*Sq值得到了验证;两个实例均说明,复合评定法可以很好地提取具有分形特征的纳米级三维粗糙表面基准或 波纹度,为实际工程表面评定提供了可靠的理论基础。     

基于分形维数的柑橘形状与光滑度的机器视觉分级

为了实现柑橘形状与果皮光滑度的自动分级,研究了柑橘分形维数与柑橘形状和果皮光滑度间的对应关系.对机器视觉系统采集的柑橘花萼面和侧面的图像设置蓝色分量阈值去除背景后,经图像二值化、四连通化边界跟踪和边界细化操作,提取柑橘边界周长和柑橘区域面积,利用周长一面积方法计算柑橘分形维数,以此度量柑橘形状和果皮光滑度.3组仿形样本的分析表明,分形维数随形状和表面光滑度的变化而变化,说明分形维数既概括了柑橘外部形状特征,同时又包含了果皮光滑度信息.用10个柑橘检验样本的分形维数评定柑橘等级,其结果与人工感官判断结果完全吻合,这表明:分形维数能对柑橘形状和果皮光滑度进行分级.     

催化剂Ru/C的表面分形分析

催化剂Ru/C因具有巨大的比表面积、复杂的孔隙结构和特有的表面化学性质在许多行业得到广泛应用.利用气体吸附法分析了催化荆Ru/C的比表面积及孔径分布,利用全吸附数据和经典的描述材料表面多层吸附模型的FHH理论研究了Ru/C的表面分形维数,讨论了分形维数与表面状态的关系,发现其分形维数接近于3,分维值与样品的孔隙和表面结构复杂性的关系最为密切,与比表面积没有直接的关系.     

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。     

双相钢疲劳断口的分形分析

本文研究了双相钢疲劳门槛值与门槛值附近断口形貌和分形维数的关系。初步实验结果表明:分形维数基本上能反映断口粗糙度。发现门槛值随分形维数呈线性变化,门槛值、分形维数和粗糙度都随马氏体含量呈抛物线型变化。     

基于分形的结构损伤检测方法

将分形维数用于结构损伤检测。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,为结构的损伤检测技术提供了一个新的分析方法。     

功能梯度材料表面分形维数的研究

研究了等离子喷涂工艺制备的ZrO2/NiCrAl系功能梯度材料,测量了其水平面与垂直面的分形维数。结果表明,随着NiCrAl含量的升高,分形维数呈曲线变化,分形维数与抗弯强度具有较好的对应关系;在NiCrAl含量为30％附近存在渗流区域,抗弯强度值出现突变。对该材料的研究,初步建立了分形维数与宏观性能之间的关系。     

基于微缺陷成核序列的岩石微裂纹生长和损伤演化模型

岩石在承载之初,由于微缺陷无序成核和有限生长,在材料内部形成大量分布性微裂纹。在该文中,这种演化机制被归结为:微缺陷随机、孤立成核生成最小微裂纹和微缺陷无重叠聚集成核、排列生长形成大尺度微裂纹,裂纹尺度生长是微缺陷成核数的函数。利用微裂纹尺度-频数分布分形以及微裂纹粗糙表面分形,建立基于微缺陷累计成核数序列的裂纹尺度生长模型和损伤演化模型。通过对二维岩石试件破坏过程的微裂纹尺度统计和损伤测试表明,模型的预测结果与观测值符合较好。由于微缺陷成核与声发射源机制具有相似性以及微缺陷成核数序列与声发射数序列具有相似性,所以该模型可用于通过声发射参数序列跟踪微裂纹生长和损伤演化。裂纹尺度生长对于完整认识材料宏观力学性质演化和预测材料灾变具有重要意义。     

应用移动质量法与分形维数实现梁损伤检测

以简支裂纹梁为例,利用移动质量法结合分形维数方法实现结构损伤检测。由于质量块在振动梁不同位置时对梁固有频率的影响不同,所以当质量块沿着梁长度方向移动时可以得到一组梁－质量块系统的固有频率曲线,通过分析这组固有频率的分形维数曲线确定梁的损伤位置及其损伤程度。随后讨论附加质量块大小和分形方法参数选择对损伤检测精确性的影响。数值计算结果表明,该方法能准确的识别裂纹位置和损伤程度。该方法的主要优点在于不需要结构的模态信息,并可以在随机激励下实现。     

珠光体球化的分形研究

珠光体球化反映到金相上，是一种不规则图像的变化，并且具有分形的特征，可望用分形几何的方法来进行描述。以Cr-Mo钢的珠光体球化为例，用分形维数来描述珠光体球化程度；用小岛法对15CrMo钢的珠光体球化图谱进行了测量。实验表明，珠光体球化从1级到6级，其相应的分形维数范围为1.3156-1.9282。从电厂运行了10^5h的15CrMo钢管上取样，实测了该试样的珠光体球化等级，结果表明，以分形维数表示的球化程度与按图谱评定的球化等级完全吻合。     

基于局部特征尺度分解和形态学分形维数的滚动轴承故障诊断方法

提出了一种基于局部特征尺度分解与形态学分形维数的滚动轴承故障诊断方法。首先采用局部特征尺度分解方法将机械故障信号分解为若干个内禀尺度分量,然后利用形态学分形维数计算包含故障特征分量的分形维数,将得到的分形维数作为特征量判别信号故障的状态,实验结果表明基于局部特征尺度分解与形态学分形维数的故障诊断方法能够有效识别滚动轴承的内圈故障、外圈故障、滚动体故障和正常状态,实现滚动轴承故障诊断。     

粉体粒度分布分形维数与流动性及硬脂酸镁改进流动性关系

粉体的粒度分布与粉体流动特性密切相关,粉体粒度分布分形维数可以很好地表征粉体的粒度分布情况。本文中在颗粒流动性测试时引入粒度分布分形维数,通过采用利用颗粒几何特征、便于采用数字显微和图像处理计算粉体粒度分布分形维数值的数学模型,得到粉体粒度分布分形维数值,探讨颗粒流动性表征参数与粉体粒度分布分形维数值间的关系;并就流动助剂硬脂酸镁对粉体流动性能的改进与粉体粒度分布分形维数值关系进行了初步探讨。结果表明:粉体粒度分布分形维数值可以用于表征粉体流动性能,粉体粒度分形维数值可作为指导掺杂流动助剂量的参数。     

数字图像单个像元分形维数的特征与计算方法

通过分形理论把空间结构信息引入遥感分类中,必须解决分形维数计算的问题,为此提出了一种通过相邻像元间灰度值大小的变化计算数字图像单个像元分形维数的算法。选定计算窗口值 L 后,运用所编程序对 TM 遥感数据进行运算,并得到所需分维值数据。发现所得分维值随窗口值 L 增大而减小;大窗口值的分维值图像较抽象,但建议窗口值不超过 61;小窗口值的分维值图像较清晰,但窗口值不能小于 5。