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。     

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。     

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。     

基于小波变换的分形曲线维数计算方法的研究

研究了基于小波变换的分形曲线维数计算方法,具有算法简单和容易实现的优点;通过构造典型分形曲线并加以应用研究,提出并总结了小波分解尺度对维数计算精度的影响规律。根据影响规律,采用小波变换计算分形曲线维数,首先应该估计曲线的采样长度,根据曲线特征选择特定的小波函数,确定最佳的小波分解尺度,这样既提高了计算精度,又缩短了计算时间;其次,当分形曲线有限长度较短时,应该采用信号周期延拓的方法可以减少计算误差。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于Daubechies小波和工件面形误差的机床导轨误差相关性分析

提出一种基于Daubechies小波和车削面形误差的导轨误差辨识的新方法,根据检测结果的特征分析结果,识别出引起此特征的机床误差源。为了了解小波分析的误差,对工件面形检测信号用不同紧支集的Daubechies小波族在1～9尺度下进行分解和重构,对比重构信号和原始信号发现,紧支集为[0,1]的Db1小波用于工件面形信号分解时误差最小。误差源对加工结果影响的仿真结果与实际加工工件的面形检测结果对比,分离出的表面形貌的单尺度上的信息与原信息除了会有相位时移外,还有很多特征相关性。利用小波的变焦特性,采用特征相关性分析方法,从检测结果中确定出引起加工结果的机床误差源。     

超声磨削加工表面分形维数计算方法

基于盒维数法、差分盒维数法、结构函数法,用MATLAB模拟出已知分形维数的理论分形曲面,对其进行分形维数的计算,并计算其误差,结果表明:盒维数法的计算结果误差最小,可确定超声磨削加工表面分形维数的计算方法,为超声磨削加工表面形貌的特征分析奠定理论基础.     

两种测度方法表征粗糙表面的效果研究

为了比较结构函数与均方根2种测度方法对粗糙表面的分形表征效果,模拟了具有不同理论分形维数的表面轮廓曲线,然后用结构函数和均方根2种方法对它们进行分形特性表征和分形维数计算,并对表征结果进行了理论分析。研究表明,2种测度方法均具有较好的表征效果。与结构函数测度方法相比,均方根测度方法的分维计算精度高,表征曲线的线性度好,反映分形特征的无标度区间宽,分形表征效果显著。另外,均方根测度方法还具有物理意义明确和分维计算简单的优点。因此均方根测度方法不失为粗糙表面分形表征的一种有效方法。     

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。     

阀芯微观表面对阀间隙微流动影响的研究

运用分形理论,研究阀芯微观表面的分形特征.采用Weierstrass-Mandelbrot函数对阀芯微观表面轮廓进行表征;通过结构函数与尺度符合幂律关系,说明液压阀微观表面具有分形特征.运用分形表征曲线,建立微观阀间隙二维横截面模型,使用FLUENT流体软件对具有粗糙表面阀腔间隙的流场进行数值模拟,并且与理想光滑表面的模拟结果进行对比分析.研究结果表明,粗糙的阀间隙所形成的压力降明显大于理想光滑表面所形成的压力降.对阀芯进行改进,增加环形槽.模拟结果表明,带有环形槽的阀芯既能满足粗糙度要求,又能起到比较好的密封保压作用.     

基于二进小波分辨率逼近的层析三维数字化图像边缘检测研究

采用Ｂ样条小波来提取层析图像的边缘轮廓,用高斯函数为平滑函数,用Ｍａｌｌａｔ快速算法进行小波分解,分解出的局部极值就是层析图像多尺度边缘。这两种算法在不同的尺度下有不同的提取边缘细节的能力和抑制噪声的能力。做到了抑制噪声和提取边缘细节之间有机的统一。结果证明这种方法比传统的基于微分算子的边缘提取方法更适合于层析图像边缘轮廓的提取。     

基于二进小波多分辨率逼近的层析三维数字化图像边缘检测研究

采用Ｂ样条小波来提取层析图像的边缘轮廓,用高斯函数为平滑函数,用Ｍａｌｌａｔ快速算法进行小波分解,分解出的局部极值就是层析图像多尺度边缘。这两种算法在不同的尺度下有不同的提取边缘细节的能力和抑制噪声的能力。做到了抑制噪声和提取边缘细节之间有机的统一。结果证明这种方法比传统的基于微分算子的边缘提取方法更适合于层析图像边缘轮廓的提取     

粗糙表面几何形貌特征的分形参数描述

采用分形参数研究表面粗糙度对粗糙表面轮廓几何形貌的影响规律。结合表面粗糙度加工参数和随机抽样方法,模拟得到服从正态分布和预设粗糙度的表面轮廓曲线,根据统计得到的模拟轮廓曲线几何形态共性特征,建立基于平均峰角和平均峰高的等腰三角形轮廓曲线分形模型。采用剖面位形法通过轮廓曲线总长及其相应分形标度获得不同轮廓算术平均偏差下的分形维数,通过幂律拟合得到分形维数与表面粗糙度间的函数关系。在同一表面粗糙度下用数学软件回归得到分形标度与平均峰角的数学表达式,同时建立数学表达式中相关参数与分形维数间的函数关系,最终得到表面粗糙度在0.1-1.6 μm范围内的粗糙表面轮廓几何形貌特征值（平均峰角和平均峰高）的分形参数（分形维数和分形标度）描述公式。     

基于小波分析多尺度分解的轴承故障检测

归纳和总结了小波分析多尺度分解的滚动轴承故障检测方法的实施步骤,阐述了故障轴承振动与信号的关系以及离散小波算法的原理和实现过程,并以滚动轴承故障诊断为例,运用MATLAB小波分析工具箱将滚动轴承振动信号进行小波离散多尺度分解,然后在分解的结果中寻找滚动轴承的故障特征频率。结果表明,如果在故障检测过程中合理选择小波函数和各种参数,则小波分析多尺度分解具有很强的故障识别能力。     

多尺度粗糙度对波导传输性能的影响

文中针对波导内壁存在的粗糙度对波导传输性能的影响问题进行了建模、仿真研究。首先,基于改进的二维分形函数,建立了波导内壁粗糙度的多尺度数学模型。基于此模型,以数值积分和有限元法为数学工具,分别推导出了考虑粗糙度影响的波导内壁局部和整体的功率损耗公式。作为对理论结果的验证,进行了一个针对矩形波导的仿真实验。分别将二维分形函数、多尺度粗糙度模型和三角波作为粗糙度的模拟函数,将得到的功率损耗结果与用经典文献中提供的计算方法得到的结果进行对比,结果表明本文所建立的多尺度粗糙度模型的结果在高频时更接近经典文献数据。随后,又对多尺度粗糙度模型的两个主要参数对功率损耗的影响程度进行了对比,结果显示粗糙度表面密度对功率损耗的影响较小,而分维数的影响较大。随着表面粗糙度均方根值的增大,功率损耗的比值也逐渐增加,最大值可达光滑表面功率损耗的1.8倍。