PEEK不同表面粗糙度与分形维数关系研究

为探究PEEK不同表面粗糙度与分形维数之间的关系,在触针式表面轮廓仪上测量PEEK不同表面的粗糙度并采集了其轮廓曲线和数据。运用分形理论随机过程的结构函数方法,分析轮廓曲线的分形特征,并计算出不同表面粗糙度的分形维数。利用SPSS统计软件对粗糙度和分形维数关系进行拟合并得到最佳的拟合模型。结果表明:分维可以作为一个独立的表征参量来表征粗糙表面的复杂程度和粗糙度水平;PEEK的分形维数与粗糙度存在单调递减的关系,粗糙度数值越大,分形维数值越小;通过分形维数值与粗糙度之间的关系式,在一定范围内,可以通过粗糙度值计算得出分形维数值。     

W-M函数模型下表面轮廓形貌的变化规律

通过将分形理论引入摩擦学,利用分形理论对表面形貌的分形特点即表面形貌的自相似性进行研究。在运用Matlab软件建立W-M函数模型的前提下对表面轮廓形貌进行二维及三维的模拟仿真分析,借此以二维以及三维模型中轮廓曲线随维数D、系数G及特征粗糙度Ra*的变化规律进行探究。最终证明了对分形维数D造成影响的主要因素为表面轮廓的复杂程度且系数G与表面轮廓高度呈正比关系,对于三维模型存在着随着分形维数D的增大则所获得的表面轮廓形貌越来越趋于复杂的规律。     

基于离散傅里叶变换的分形粗糙表面轮廓合成与研究

针对使用离散傅里叶变换合成的分形粗糙表面轮廓,分别研究轮廓的分形参数(分形维数D、尺度系数C)与传统表征参数的联系,分形参数对轮廓空域几何形貌的影响以及分形参数对轮廓滤波的影响。结果表明,若假设分形轮廓的功率谱密度函数严格满足幂律关系,则可由Parseval定理获得轮廓分形参数与其方均根偏差Rq的定量关系但此时,轮廓的其余传统表征参数为随机值,且相互之间线性无关;分形维数D影响轮廓高低频成分的能量比随着D的增加,轮廓高频成分的能量增加,轮廓空域几何形貌显得凹凸不平;分形维数D相同时,尺度系数C越大,轮廓的方均根偏差越大;在为获得光滑分形轮廓进行滤波时,分形维数D较小的轮廓,可以保留更多的能量。     

齿轮齿面的分形模拟

任何加工精度下的齿轮齿面都不会是绝对光滑的,而是有粗糙度的,对于磨削加工的齿轮齿面而言,表面粗糙度在加工纹理的方向和垂直于加工纹理的方向是异性的。而目前基于W-M函数分形模拟的二维粗糙表面轮廓曲线和三维粗糙表面都是针对于各向同性的表面,因此提出利用两个WM函数叠加来分形模拟各向异性齿轮齿面的方法。模拟结果表明,此方法可以很好地模拟两个方向具有不同分形维数和特征尺度系数的粗糙表面,通过改变分形维数和特征尺度系数可以有效控制齿轮齿面的纹理。     

分形维数与铣削参数的模型关联及验证

基于工程粗糙表面的微观形貌具有统计自相似分形特征,将分形几何学运用于金属材料表面形貌研究。粗糙表面的分形参数与加工条件密切相关。铣削加工过程中,切削参数会影响表面分形维数和表面粗糙度,考察了分形维数和传统表面粗糙度参数之间的关系,分别建立铣削参数与表面分形维数和表面粗糙度之间关系模型,并采用实验进行验证。实验结果表明,铣削加工表面具有分形特征;铣削表面分形维数D基本不随切削速度增加而变化,但表面粗糙度Ra会随切削速度的增加而减小;表面粗糙度与加工进给量成正相关,分形维数先增大后减小,并存在临界点;分形维数D与表面粗糙度Ra呈幂指数关系;所建立模型合理。相关研究结果可以为提高工程表面的使用性能及降低成本提供参考。     

磨合表面形貌变化的分形表征

用结构函数法计算磨损表面轮廓的分形维数和尺度系数。研究表明 :分形维数或尺度系数不能实现表面的唯一性表征。因此 ,把分形维数和尺度系数相结合 ,提出一个新的分形参数———特征粗糙度 ,给出了其定义和计算表达式 ,并在推进式试验机上进行摩擦磨损试验 ,对试件表面某一位置在不同磨合阶段的形貌进行精确复位测量 ,用特征粗糙度表征形貌的变化。表征结果表明 :特征粗糙度对反映磨合表面形貌的变化不但表现出很好的灵敏性 ,而且比分形维数更具有规律性。     

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。     

剪切痕迹表面形貌的分形描述

论述了分形几何的基本概念和表面轮廓分形维数的计算方法，得出剪切痕迹表面形貌轮廓曲线的分形维数，并研究了其分形特征，为剪切痕迹表面轮廓曲线的测量与处理提供了新的理论和新的方法。     

二维表面粗糙度的分形模拟与分析

利用Ｗ－Ｍ函数对二维表面粗糙度进行模拟，并利用其功率谱计算表面粗糙度的分形维数。最后分析了分形维数与表面的支承长度率曲线的关系。     

表面微观形貌参数尺度独立性的研究

表面微观形貌的表征主要采用传统粗糙度参数和分形参数等多种参数综合描述,尺度独立性是衡量表面形貌表征参数的重要指标。研究了传统粗糙度评定参数和分形维数等表面微观形貌表征参数的尺度独立性。以准分子激光加工,平磨、外圆磨、研磨等磨削机加工表面轮廓为对象,分析了取样长度和采样间距对传统粗糙度参数和分形维数的影响。结果表明,传统粗糙度参数受取样长度和采样间距影响较大,而分形参数与尺度独立性的相关性与加工方法有关系,微细加工表面微观形貌受取样长度和采样间距的影响比机加工表面要小,准分子激光等微细加工表面的分形参数具有尺度独立性。     

圆柱滚子表面特性的分形研究

基于分形理论的非线性特征,对轴承中的圆柱滚子加工表面轮廓进行理论研究,探讨用分形维数来表征其加工表面的粗糙程度。通过理论计算及实验验证,得出了圆柱滚子外表面的分维表征。结果表明:表面粗糙度与分形维数是属于一种非线性关系;功率谱线平均斜率是加工表面粗糙度的有效表征;分形维数能客观地表征机械加工表面粗糙度,且大小与取样参数无关。     

螺栓联接界面表面分形及接触研究

针对由螺栓联接的两个粗糙表面微观特征和实际接触情况进行了研究。采用分形函数模拟生成了粗糙面轮廓曲线,发现分形参数对传统粗糙度参数有影响;探讨了分形维数D与机械加工面传统粗糙度参数Ra的关系;利用表面分形模拟数据和实验测量数据建立了有限元接触模型。运用Abaqus软件对模型计算表明:随着接触载荷(螺栓预紧力)的增加,接触面积也相应增加;在相同接触载荷(螺栓预紧力)下,表面越光滑,接触面积越大;当接触面积增加到某一值后,改变不明显,且接触面积小于名义接触面积。这一结论可以很好的解释超声波能量在螺栓联接界面的传递机理,即预紧力-真实接触面积-能量三者的关系,为超声波能量法在螺栓松动监测中的应用提供理论基础。     

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。     

粗糙表面分形特征的模拟及其表征

为了研究工程表面具有分形的特性,即在不同尺度下具有统计自相似性,探讨粗糙表面的分形特征,用随机中点位移和Weierstrass-Mandelbrot函数两种方法对轮廓和表面进行模拟,并对表面轮廓进行幂率谱分析,建立分形维数和幂率谱的关系,检验计算表明模拟表面的分形维数和指定值吻合良好。讨论分形参数的尺寸独立性和分形表面的统计特征,从幂率谱图可以看出,单分形的幂率谱图为一个区段,而双分形表面的幂率谱呈现明显的两个区段,不同尺度下的分形维数体现在其幂率谱图形上。与传统的统计参数相比,分形维数和特征尺度具有一定程度尺寸独立性。统计检验表明两种方法模拟的表面均符合近似的高斯分布。指出粗糙表面完整的描述和表征应兼顾分形和统计特征两个方面。     

滑动轴承表面形貌的分形模拟及对摩擦学性能的影响

运用分形理论对滑动轴承粗糙表面进行模拟,研究粗糙表面对其膜厚、压力以及承载力的影响。进一步模拟两向异性粗糙表面,比较轴承圆周及轴向方向上粗糙表面对轴承承载及摩擦性能的影响。结果表明:在一定载荷下,轴瓦表面分形维数越小,尺度系数越大,则轮廓幅值越大,表面轮廓越简单,越难形成润滑膜;表面轮廓幅值对润滑膜压力影响明显,幅值越大,润滑膜压力分布越不平滑,润滑性能越差;表面分形维数越小,特征粗糙度值越大,则承载力越低,摩擦力越大,且圆周方向上的分形维数以及特征粗糙度的影响要比轴线方向的影响大。     

基于分形理论的柱塞泵/马达配流副润滑特性研究

为研究配流盘表面形貌对配流副润滑特性的影响,采用分形理论模拟配流盘表面形貌,建立轴向柱塞泵配流副润滑模型,使用有限差分法对模型进行求解,探讨分形参数对表面轮廓的影响,并进一步分析分形参数和配流副工况参数对油膜承载力、摩擦力、摩擦转矩和摩擦因数的影响。结果表明：分形维数越大,表面轮廓形貌复杂度越高,且粗糙表面高度随尺度系数减小而降低;随着缸体倾角和转速的增大,油膜承载力提升,但摩擦力、摩擦转矩和摩擦因数也随之升高;配流副润滑性能与分形维数呈现正相关的关系,选取较大的分形维数有利于提升配流副的润滑性能;尺度系数越小其摩擦力越小,但承载力也减小,因此需选择适中的尺度系数。     

表面微观形貌的分形表征及模拟

最后的研究表明，机械加工表面的微观形貌具有自仿射性和多尺度性，因而表面形貌的高度分布方差、斜率和曲率的方差工现进唯一的。基于分形几何理论，用Ｗｅｉｅｒｓｔｒａｓ－Ｍａｎｄｅｌｂｒｏｔ分形函数来表征表面的微观形貌，所得到的参数是不依赖于测量尺度而变的“固有”参数。根据分形几何建立的表面轮廓的数学模型可对表面轮廓进行模拟，为建立三维表面形貌的评定参数提供理论依据。     

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。     

粗糙表面轮廓分形维数的计算方法

通过对表面轮廓分形和分形曲线的基本概念阐述,针对目前常用于表面轮廓分形维数的五种计算方法进行比较、分析和评价,认为结构函数法计算的分形维数偏差较小,是目前进行表面轮廓分形维数计算的一种可行方法,并为粗糙表面分形维数计算提供了方法和思路。     

过盈配合单向分形界面微观接触面积研究

通过对模拟压缩机叶轮和轴过盈配合的试件表面轮廓进行分析,发现切削加工的粗糙配合表面具有单向粗糙度特征,同时垂直加工纹理方向的表面轮廓具有明显分形特性。基于M-B分形接触的修正模型,建立了具有单向粗糙度分形特征表面的理论接触模型,推导出接触面积与法向载荷的函数关系式。结合真实粗糙表面,建立了具有分形特性的单向粗糙度实体模型,利用有限元分析软件对实体模型进行了仿真分析,验证了接触面积与法向载荷函数关系的正确性。