微纳双重结构表面的接触角模型及其润湿性研究

依据超疏水、自清洁荷叶表面具有的微米乳突和纳米鞭毛双重结构,设计类似荷叶表面的微/纳双重结构,建立对应的Wenzel、Cassie接触角模型,分析微纳双重结构及其结构参数对表面润湿性的影响。研究表明,对于单级微观结构,具有细长(较大的柱高与柱边长比)微观结构的粗糙表面疏水效果更好;对于微纳双重结构,二级纳米结构的出现降低了实现超疏水性的柱高与柱边长比的阈值,微纳双重结构可以大大提高表面的疏水性能。     

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。     

精加工表面的分形特征研究

利用触针式轮廓仪和数据采集系统对精车和平磨加工表面的轮廓曲线进行了测量,并基于分形几何理论,分析和讨论了不同工艺参地表面分形维数Ｄ和轮廓算术平均偏差Ｒａ的影响。研究结果表明：Ｄ与Ｒａ反映了表面质量的不同同,它们之间有一定的对应关系,但并不是线性的;对于同种材料,磨削加工的Ｄ值比车削时要大：对于同种加工方法,碳钢材料的Ｄ值比铸铁要大;分形维数有可能揭示材料的可加工性。     

汽车用薄板的表面形貌的分形研究

本文将分形理论用于薄板表面形貌的研究上,提出了分形维数反映了表面形貌的规律性的观点。利用触针轮廓仪和数据采集系统对几种不同的毛化薄板的三维形貌进行了测量,计算了这些薄板的分形维数,并对这些薄板的表面形貌的规律性进行了讨论。     

结构损伤的分形神经网络检测方法

利用神经网络具有强大的非线性并行处理能力以及分形几何方法不依赖于系统的数学模型的特点,将分形维数与神经网络相结合,建立了结构损伤的分形神经网络检测方法。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,并用神经网络将结构的不同状态模式识别出来。     

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。     

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。     

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。     

焊条表面分形维数研究中的组合型对数放大器

研制了组合型对数放大器,它适合于Ｊ４２２焊条表面分形维数研究,文中给出了基本原理和电路结构。     

基于接触分形理论的机械结合面法向接触刚度模型

为能够从理论上建立起具有尺度独立性的机械结合面法向接触刚度的理论模型,从而解决以往研究 荼存在的缺陷与不足,在一定的假设下,基于球体与平面的赫兹接触理论和接触分形理论,首次从理论上给出了具有尺度独立性的机械结合面法向接触刚度分形模型,并取得了与实验一致的数字仿真研究结果。     

成形板料表面的接触分形模型研究

提出了一种描述板料与模具接触问题的解决方法,对板料粗糙表面进行了测量和分析,得到了分形维数。根据分形几何理论和接触力学理论,建立了板料与模具接触的接触面积与接触力、摩擦系数之间关系模型,进而建立了接触面积、接触力、摩擦系数与冲压力之间的关系。     

成形板料表面的接触分形几何模型研究

提出一种新的方法用以描述板料与模具的接触问题。利用接触式轮廓仪对板料粗糙表面进行测量和分析，论证了成形板料表面的微观形貌可以用weierstrass—Mandelbrot分形函数来表征，所得到的参数是不依赖于测量尺度而变的“固有”参数。根据分形几何理论和接触力学理论，建立了板料与模具接触的接触面积与变形关系模型。     

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。     

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。     

异性分形表面合成方法及表面特性研究

针对异性分形表面的建模,提出了一种以二维离散傅里叶变换为基础,以名义维数D_x,D_y为驱动参数的表面合成方法——合成维数法。通过对比名义维数与采用轮廓功率谱公式和数值分析法得到的表面计算维数的关系,验证了该方法的有效性。探讨了名义维数对x,y方向轮廓能量分布以及对表面及轮廓粗糙度的影响。一方面在轮廓功率谱分析的基础上定义了轮廓累计功率比,用于描述表面轮廓的能量分布特性,不仅促进了对名义维数和轮廓能量关系的定性理解,更能定量地解释不同维数值影响下频率和轮廓能量分布的关系。另一方面以能量分析为切入点,建立了名义维数与表面及轮廓粗糙度参数间的联系,并且依据能量守恒定律,证明并揭示了轮廓粗糙度R_qx,R_qy之间以及二者与面粗糙度S_q的关系。同时得出结论,D_x或D_y值越小,低频部分能量占比越高,反之亦然,但是x,y方向轮廓总功率始终相等,并随D_x,D_y增大而增大;D_x,D_y只影响S_q,R_qx,R_qy的绝对数值,二者的增大会引起粗糙度值增加,但并不影响R_qx,R_qy的相对关系。     

A Fractal Model of Mechanical Seal Surfaces Based on Accelerating Experiment

The change in surface topography caused by friction and wear influences the wear properties and service life of mechanical seal. To investigate the wear properties of mechanical seals and obtain the variation in surface topography, it is practical to carry out accelerating experiments by increasing the load, speed, or temperature of the medium than safe life tests in the field device. Based on the assumption that the same fractal roughness corresponds to the same wear properties, the pi theorem was introduced to derive the relationship of wear under experimental and actual conditions. By providing detailed values of constants in the pi theorem through accelerating experiments, a fractal model was established to predict the life expectancy of mechanical seals. Under the state of mixed friction, measured values of surface topography for experimental stationary rings and data on a mechanical seal ring's service life in the field device were in accordance with those of the model. The establishment of the fractal model provides conditions for the performance study of long-period operating mechanical seals.     

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。     

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。     

考虑摩擦因素的两圆柱体表面接触承载能力的分形模型研究

为了建立更为准确的两圆柱表面接触承载能力分析的分形接触模型,以M-B模型为基础,利用存在摩擦时的弹塑性变形临界接触面积的计算理论,并结合前期获得的两圆柱体接触面积分布公式,推导考虑摩擦因素的圆柱体表面接触承载能力的分形模型。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:减小摩擦因数,降低粗糙度幅值以及提高材料的特性参数,有利于提高接触承载能力,并改善接触面间的力学特性;分形维数对接触承载能力的影响,不是一个简单线性关系,而是存在一个分形维数的最优值。该模型的研究为后续进行齿轮等相关产品的接触承载分析提供新的理论参考。