材料断口分形维数分析

本文分析了应用分形维数描述材料断口轮廓形貌几何特征的局限性。结果指出，分形维数对于材料断口粗糙度的变化是不敏感的，该参数与材料断口轮廓几何形态和断裂韧性之间不存在确定性的关系。     

分形维数与D6AC钢的韧性

本文研究了超高强度钢Ｄ６ＡＣ的断裂韧性、冲击韧性和拉伸面缩率与断口分形维数的关系。分别用二次电子线扫描和数字图像法断裂韧性试样的断口分形维数，得出试样的韧性与分形维数Ｄｓｅ，ＤＨ和ＤＬ成正比关系，即韧性随分形维数增大而增加。试样断口的粗糙度由夹杂物引起差异小于金相组织不同引起的差异时，使用数字图象法测得的分形维数与韧性的线性关系优于二次电子线扫描的结果。     

分形维数与D6AC钢的韧性

本文研究了超高强度钢Ｄ６Ａｃ的断裂韧性、冲击韧性和拉伸面缩率与断口分形维数的关系。分别用二次电子线扫描和数字图象法测定断裂韧性试样的断口分形维数，得出试样的韧性与分形维数Ｄｓｅ、Ｄ_Ｈ和Ｄ_Ｌ成正比关系，即韧性随分形维数增大而增加。试样断口的粗糙度由夹杂物引起的差异小于金相组织不同引起的差异时，使用数字图象法测得的分形维数与韧性的线性关系优于二次电子线扫描的结果。     

内部氢对奥氏体不锈钢拉伸断口分形维数的影响

采用热充氢方法研究了1Cr18Ni9Ti、21Cr6Ni9Mn、Fe31Cr14Ni奥氏体不锈钢的氢脆性能。采用垂直截面法测量了不同热充氢时间拉伸试样的断口分形维数,分析了材料氢脆性能与分形维数的相关性。研究表明:随着充氢时间的延长,3种材料内部氢含量增加、断面收缩率降低、氢致塑性损减增加。反映在断口分形维数上,表现为断口分形维数随充氢时间的延长而降低,且断口分形维数与其断面收缩率呈线性相关。断口分形维数能够描述氢对材料性能的影响。     

水泥砂浆断面形貌像素点法与投影法分形的计算对比研究

为对比分析像素点覆盖法和投影覆盖法计算水泥砂浆断口分形维数的优缺点,采用这2种方法分别计算水泥砂浆在3种不同养护龄期下的断面分形维数,探索分形维数与抗压强度之间的关系。结果表明,像素点覆盖法计算得到的断口分形维数为2.258 0～2.265 6,相关系数为0.988 6～0.989 3,计算精确度高,数值变化区间小;投影覆盖法计算得到的断口分形维数为2.856 0～2.918 9,相关系数为0.921 4～0.935 2,计算精度较差,但数值变化区间大,有利于实际应用,与抗压强度呈良好相关性。     

粉末NBR-PVC共混型热塑性弹性体断裂面的分形维数

本文利用扫描电镜对粉末NBR-PVC共混型热塑性弹性体拉伸断面形貌进行了观察与分析;基于断面小岛周长-面积关系,测定了试样的断口分形维数,考察了NBR含量、拉伸断面分形维数、力学性能(拉伸强度、断裂伸长率、邵氏硬度)之间的关系。结果表明,NBR-PVC弹性体拉伸断面的分形维数随着NBR含量的增加而增加,当NBR含量超过29份后其分形维数呈下降趋势;分形维数与材料的拉伸强度、断裂伸长率和邵氏硬度变化关系一致。     

非定向有机玻璃拉伸断口形貌与拉伸温度相关性分析EI北大核心CSCD

为探究非定向有机玻璃断口定量表征方法及其断口形貌参数与拉伸温度的相关性,以航空有机玻璃YB-2为研究对象,首先采用体视显微镜和三维激光扫描仪测量了不同拉伸温度下的断口雾状区尺寸和表面粗糙度均值Ra,其次通过扫描电镜-盒维数法测算了断口雾状区的分形维数均值D,最后通过两个假设推算了有机玻璃断裂形成雾状区时消耗的能量,并与断口雾状区的分形维数进行联系。结果得出:当拉伸速率一定时,拉伸温度由-55℃提升至60℃,断口雾状区的尺寸J3从1.257 mm升高至4.978 mm,Ra从0.517μm降低到0.330μm,D从1.357升高至1.579,拉伸温度分别与断口雾状区尺寸、表面粗糙度、分形维数的拟合曲线的拟合度因子均高于0.9,拟合程度较高。研究表明:有机玻璃拉伸断口的形貌参数与其断裂条件存在一定的相关性,雾状区形成时消耗的能量与其分形维数呈正相关关系,该研究结果可为有机玻璃断口定量分析奠定一定的基础。     

形变渗氮08F钢冲击断裂表面不同方向的分形分析

本文利用垂直截面法测量了０８Ｆ钢经不同形变渗氮复合处理后冲击断裂表面的分形维数。试验结果表明，材料的冲击能ＡＫ和断裂表面的分形维数ＤＦ均随形变量的增加而增大，且变化规律也十分相似，冲击断口Ｔ、Ｓ两方向上的分形维数ＤＴ和ＤＳ均与冲击能的对数ｌｎＡＫ之间呈正变化的线性关系，且Ｄｓ〉Ｄｒ。     

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。     

ABS塑料断面形貌特征及分形分析

分析测字了ＡＢＳ塑料冲击断面的形貌特征及对应的分形维数值，结果表明，不同断面表貌特征所对应的分形维数测量值不同，ＡＢＳ无缺口冲强度随满足自相似原理的形貌特征对应的分形维数测量值增大而线性增高，不满足自相似原理的形貌特征所对应的分形维数测量值量宏观冲击强度间无明显关系，但其大小仍合理表征了相应尺度范围内的形貌的特征变化。     

Fractal in Fatigue Fractography

Fracture profile roughnesses and fractal dimensionsof fracture traces were measured on a fatigued Ti-6Al-4Valloy.It is found that although fractal dimension can wellreflect the variation of fracture traces with the measuringunits,it is difficult to apply it to quantitative analysis offractured surfaces because of the dependence of the meas-ured profile roughness on the measuring units.Based onfractal concept.an alternative equationlgR_l(η)=lgR_o-(D-1)lgη was obtained.in which we intro-duced a parameter of intrinsic profile roughness to evalu-ate fracture profile roughness without restriction of themeasuring units employed.     

Fractal Analysis and Simulation of Surface Roughness of Ceramic Particles for Composite Materials

An analytical model is presented for the determination of the fractal dimensions of particles which are widely used as reinforcement in nanocomposites. The model is used to characterize the surface irregularity or roughness. It was found that fractal dimensions of both the contour and surface of particles depend only on the relative particles size ratio between secondary particles and subunits. It is proposed that, in practical applications, the fractal dimension of a certain reinforcement particle can be obtained by a combination of this model and a state-of-the-art instrument that can determine the sizes of primary and secondary particles by image analysis. It is possible to relate the fractal dimension with the adhesion and other physical and chemical properties at the interface between particles and matrix.     

The effect of crack propagation mechanism on the fractal dimension of fracture surfaces in steels

The paper reports on the results of a fractal analysis of fracture surfaces of Ni–Cr steel in two different states of heat treatment simulating embrittlement. The change in the fractal dimension of the fracture surface demonstrates a wavy character and dispersion depending on the microstructural state of the tested steel. The results of the fractal analysis in the crack growth direction and across the entire crack front were used as the basis for a reconstruction of the geometry of the fracture surface, providing a new geometric tool for fractographic analysis. The competing effects of transgranular and intergranular brittle fracture may lead to increased roughness of the fracture surface and its fractal dimension. The threshold value of the fractal dimension of the sections perpendicular to the fracture surface, indicating the transition from transgranular to intergranular fracture, is 1.12.     

Cu/Ti纳米薄膜表面形貌的分形表征研究

采用磁控溅射法制备了不同组分和厚度的Cu/Ti薄膜,采用原子力显微镜（AFM）测量了其表面形貌,利用功率谱法对AFM高度图像进行了分形表征。结果表明:Cu/Ti薄膜表面形貌具有多尺度行为,表面演化在全域和局域呈现出不同的标度行为;AFM图像功率谱的高频段直接体现了薄膜表面的细节信息,而低频段体现了薄膜表面背景区域的复杂程度;低频分形维数与粗糙度之间有着必然的联系,能够反应粗糙值Ra的变化趋势。     

颗粒表面分维与其形状指数关系研究

构建了颗粒物表面分维测算模型,研究了颗粒投影轮廓大小与形状指数F的关系。研究表明:颗粒投影轮廓大小与形状指数F具有良好的线性相关性。文中还利用所构建的颗粒物表面分维模型测量了6种碳黑颗粒的表面分维,初步研究了颗粒物表面分维与形状指数F之间的关系,分析结果发现:随着颗粒表面分维的增加,其形状指数F也相应增加,二者具有良好的相关关系。因此,表面分维与形状指数F均可作为颗粒物形状的定量表征,且二者具有良好的相关性。     

无氧铜超精加工表面微观形貌的分形维数表征

单点金刚石超精密加工能够获得纳米级的低粗糙度表面。进一步的实验表明,采用该工艺进行退火态无氧铜切削,已加工表面在刀痕基础上还会出现清晰的晶界浮凸现象。传统的粗糙度概念无法有效表征与区分含有晶界浮凸信息的超精加工表面微观形貌。引入分形维数概念,采用该理论中尺码法对无氧铜超精加工表面的微观形貌进行分形维数计算;为降低切削刀痕信号干扰、突出晶界浮凸信息,设计表面信号带阻滤波方法。计算结果表明,超精加工后的表面分形维数包含了加工刀痕与晶界浮凸信息,由于两者尺度相近,传统的粗糙度测量无法区分其差异;采用带阻滤波与尺码法耦合方式,能够有效识别晶界浮凸特点,定量地反映微观尺度下超精加工表面的形貌特征信息。     

多孔颗粒材料内孔表面分维测算及与保水性能的关系

为考察多孔颗粒材料内孔表面分形特征及与其保水性能的关系,构建了多孔颗粒物内孔表面分维测算数学模型,并基于高精度扫描电子显微镜系统测算了4种多孔颗粒样品的内孔表面分维,测量了材料保水性能。结果表明:多孔颗粒的内孔表面的分维值介于2.088 2~2.193 5之间,且分形拟合曲线相关系数大于0.98,强的相关性说明内孔表面具有显著的分形特征。进一步研究发现,多孔颗粒材料保水性能与其内孔表面分维呈负相关。     

氢致裂纹慢扩展区断裂表面的分维研究

用垂直剖面法测量了一种含氢高强度钢在静弯矩作用下由裂纹慢扩展形成的断裂表面不同部位的分维 D,发现 D 随断裂表面塑性成分的增加而增加。在平面应变条件下,裂纹慢扩展形成断裂表面的过程是一个增维过程,当分维达到某一临界值时,裂纹失稳扩展。     

基于分形理论分析裂缝形态对纤维/混凝土渗透性的影响

分形维数可以表征裂缝形态,能够用来分析混凝土裂缝断面的粗糙程度。裂缝形态对开裂混凝土的渗透性有重要影响,为研究这种影响,利用劈裂试验获得不同宽度的裂缝,使用不同的纤维种类,并设置多种纤维掺量,得到粗糙程度不同的裂缝断面,通过水渗透试验测量不同裂缝宽度时混凝土的渗透系数。采用激光扫描仪扫描裂缝断面并重构3D断面几何形态,采用立方体覆盖法计算断面分形维数。采用分形维数将实测裂缝宽度和有效裂缝宽度联系起来,联立达西定律和泊肃叶定律建立开裂混凝土渗透系数和分形维数的函数关系。结果表明:使用相同的网格划分法,分形维数随着纤维掺量的增加而增大;渗透系数随着纤维掺量的增加而减小;函数关系式中分形维数的指数绝对值和修正系数都随裂缝宽度增加而减小。