二维随机分布纤维过滤介质的压力损失分形模型

为了研究影响纤维过滤器压力损失的主要因素,开发了能够生成二维随机分布的虚拟纤维过滤介质的VBA程序,并在纤维随机分布的二维区域中利用计算流体力学(CFD)技术计算了Stokes方程的数值解.通过对虚拟滤料CFD模拟计算结果的数据回归分析可知,纤维过滤介质的压力损失随纤维填充率增加呈非线性增加,与纤维直径的二次方呈反比例关系,与纤维介质厚度及过滤速度呈线性正比例关系,由此提出了二维随机分布纤维过滤介质的压力损失预测模型.在此基础上,考虑了分形维数和迂曲度对过滤压力损失的影响,得出压力损失随分形维数和迂曲度的增加呈非线性增加,提出了包含分形维数、迂曲度的压力损失预测表达式,该表达式与相关文献的分形理论模型具有很高的一致性.     

基于分形理论的锈蚀钢筋表面轮廓分布特征

为了更准确地表征锈蚀钢筋的表面轮廓分布特征,利用分形理论的结构函数法推导出锈蚀钢筋截面直径的分形维数与尺度系数的计算模型.从受氯盐侵蚀的混凝土梁试件中获取4根不同锈蚀率的钢筋试样,利用千分尺测量钢筋的截面直径,并进行统计,研究其分布规律.统计结果表明:锈蚀钢筋截面直径不拒绝正态分布、对数正态分布和威布尔分布;利用所得模型计算出锈蚀钢筋截面直径的分形维数与尺度系数,其分形维数与钢筋的锈蚀率成正相关关系.结合分形维数和尺度系数定义的特征参数,可以实现锈蚀钢筋表面轮廓绝对测量与相似测量的统一,有助于更为准确地表征锈蚀钢筋的表面轮廓.     

纤维多孔金属的流阻率分形模型研究

为了揭示纤维多孔金属吸声材料的流阻率与其孔隙率、孔直径以及孔的弯曲度等主要几何参数之间的变化规律,给纤维多孔金属吸声材料的结构设计提供基本的理论指导,提出了一种流阻率分形模型。通过对纤维多孔金属的孔隙结构进行分形处理,结合材料内部空气流体学分析,首先获得了流经纤维多孔金属材料截面总的空气流量Q的表达式,该表达式是最大平均孔径λmax、曲线分形维数DT和孔面积分形维数Df的函数,其次结合纤维多孔金属吸声材料流阻率的公式,获得了流阻率分形模型。模型理论计算值与实验测试值的最大偏差为13.9%,最小偏差为7.6%,平均偏差为10.6%,验证了该理论模型的可靠性。分析结果表明:随着孔隙率Φ的增大,纤维多孔金属吸声材料的流阻率减小;Φ和DT一定时,流阻率随着Df的增大而减小;Φ和Df一定时,流阻率随着DT的增大而增大。与通过实验确定流阻率的经验公式相比,文中所建流阻率分形模型能够反映材料的几何参数与流阻率之间的变化规律,为纤维多孔金属吸声材料的微观结构设计提供了一定的依据。     

三维树冠的结构参数与阻力特性的关系

为深入研究树冠结构形态参数对树冠流动阻力的影响,采用风洞试验对八角金盘、构树、女贞、木芙蓉及梧桐5种树冠结构差异较大的典型树种进行研究,探讨树冠层结构参数中填充率与叶面积指数、光学孔隙率、分形维数之间的关系。采用多元回归分析法,给出5种树冠流动阻力与光学孔隙率和风速的关系表达式。结果表明:叶面积指数与填充率呈线性关系,光学孔隙率、分形维数均与填充率呈幂指数函数关系;树冠流动阻力与光学孔隙率和风速呈非线性关系。     

基于分形理论的煤层瓦斯渗透率参数估计方法

基于分形理论和达西定律,研究了孔隙的弯曲分形维数和表面积分形维数与瓦斯渗透率参数之间的关系;数值模拟了煤层孔隙的弯曲分形维数和表面积分形维数对瓦斯渗透率参数的影响.研究表明,瓦斯渗透率随着孔隙弯曲分形维的增加而降低,随着孔隙表面分形维和最大毛细管直径的增加而增加;应用分形理论可以获得煤层孔隙发育程度和分布特征比较精确的定量信息.     

纤维截面形状对纤维捕集效率及压力损失的影响

为研究纤维截面形状对纤维过滤器性能的影响,采用Visual Basic的应用程序版(VBA)随机生成不同几何截面形状的虚拟纤维过滤介质,通过计算流体动力学(CFD)技术求解流体在纤维介质流动的动量方程,得出不同几何截面形状纤维的压力损失.采用拉格朗日方法统计被纤维捕集颗粒数,获得纤维介质的捕集效率.采用质量因子综合评价模拟纤维过滤介质的过滤性能,研究不同几何截面形状纤维的异型度和形状系数对其捕集效率、压力损失以及质量因子的影响.模拟结果表明:压力损失随着形状系数的增大而增大;在填充率小于0.20时,三叶形纤维的捕集效率最高且压力损失最大;异形度、形状系数大的纤维对直径小于2μm的颗粒具有较好的捕集效果;在纤维直径为30μm时,对于颗粒直径小的粒子,三叶形纤维的综合过滤性能最好,而当纤维直径为5μm时,圆形纤维的质量因子最高.     

分形植物的模拟仿真及其分形维数的研究

基于分形物整体与局部的自相似性与自复制性的特征,采用随机线性迭代函数算法,利用计算软件mathematica 7.0成功模拟了蕨叶和分形树的生成过程;另外还采用计盒数法,通过软件编程分别计算出蕨叶和分形树的分形维数分别为1.45和1.52,所得结果与在二维空间中分形物体的分形维数在1～2之间的结论相一致.     

纤维集合体的分形结构与其吸声性能的关系

分形学是描述无序系统结构特征的有效方法,可以将纤维集合体的结构与性能联系起来.使用X射线断层扫描法分别探测了腈纶短纤和鹅绒纤维集合体的结构,利用扫描得到的纤维集合体内部截面的二维图像,计算孔洞面积分形维数;同时测量了纤维集合体的吸声性能.研究了分形维数与纤维集合体的质量、孔隙率以及吸声性能的关系,结果表明,纤维集合体的分形维数与纤维的质量呈线性正相关,而与孔隙率呈负相关关系.对腈纶短纤集合体,最大吸声系数随着分形维数的增大而增大;对于鹅绒纤维集合体,存在一个临界维数,使最大吸声系数达到最大.两种纤维集合体的吸声临界频率都随着分形维数的增大而降低.     

基于分形关联维的汽轮机转子的振动故障诊断

采用Bently实验台模拟不同转速下碰摩、松动、不对中、不平衡几种常见汽轮机转子振动故障，进行实验研究．通过相空间重构理论，对满足随机分形统计自相似性的振动信号序列进行相空间重构，计算其分形关联维数，从而再现动力学特性．实验分析结果表明：碰摩故障时的分形关联维数最大，松动和不对中时的分形关联维数次之，不平衡时计算所得的分形关联维数最小；不同故障类型下的分形关联维数增量不同．因此，分形关联维数可以作为一种振动故障征兆加以提取．     

含硫充填体膨胀裂隙发育特性与单轴抗压强度的关联分析

含硫胶结充填体随着养护龄期的延长会出现膨胀开裂现象,存在明显裂隙的充填体试件再进行单轴抗压强度测试其结果十分离散,已不能有效地获得充填体力学参数.在室内进行配比试验,采用数字图像处理技术对得到的充填体表面裂隙图像进行二值化、去噪等预处理,而后计算其分形维数并分析其演化规律,且将分形维数与单轴抗压强度关联分析.研究结果表明:充填体试件面表的裂隙存在自相似性,表面裂隙越发育,其分形维数越大;分形维数与单轴抗压强度存在负相关关系,分形维数越小,其单轴抗压强度越高;分形维数可判别含硫充填体试件的完整性,当充填体表面裂隙的分形维数小于某阈值时,强度试验的结果更为可靠.     

基于分形特性PIM成形坯导热率的计算

分析了粉末注射成形坯的分形特性,给出了其剖面颗粒面积分形维数的一般计算方法;利用剖面颗粒表面分形维数,计算了粉末注射成形坯剖面颗粒的各向异性局部面积占有率.进而基于多孔介质导热率的分形模型,推导出了粉未颗粒和粘结剂串并联及无量纲时的粉末注射成形坯各向异性有效导热率的计算公式,并以铁粉成形坯为例分析了有效导热率与剖面颗粒分形维数的关系.结果表明粉末注射成形坯的导热率随着分形维数的增加而增大.     

多相混输泵内气液两相分布的随机分形模型

为了更为准确地描述多相泵内气液两相的分布规律,基于分形理论建立了一种两相气液分布随机分形模型,得到了其生成过程和程序算法,并分析了随机变量对气液分布模型的影响,研究了分形维数、分形面积及分形级数等参数与气液混相的截面含气率、气泡大小分布范围和气液分布规律之间的关系。结果表明:分形维数和分形面积越大,多相泵内气液混相中含有的大气泡数目越多,截面含气率越大,气泡大小的分布更加均匀;分形级数越大,含有的气泡数目越多。     

废弃电路板材料断口的分形表征

为研究废弃电路板的破坏机制,采用扫描电镜对6个典型的废弃电路板材料断口进行形貌分析.电路板外观形貌具有自相似性,表现出分形的特征.基于分形理论和计算机图像处理技术,编制计算材料断口形貌计盒分形维数的MATLAB程序.MATLAB计算程序拟合直线的线性度很好,表明电路板材料断口的分形行为显著.6个断口的分形维数不同,表明它们的复杂程度和粗糙度不同.断口3为集成电路中树脂的断口,材料断裂后有一定的凹凸面,并且有缺陷和微孔,故表面形貌最为复杂,分形维数最大,为1.415.断口 2、断口 5和断口 6外观形貌较规则,分形维数较小.断口1和断口4均为硬塑料断口形貌,有河流状花纹,断口1和断口4的表面粗糙度介于断口3与断口 2、断口 5和断口6之间.通过分形维数的计算可知6个断口纹理的粗糙和复杂程度从大到小依次为断口3,1,4,5,2和6,这与人眼观察到的结果基本一致,也进一步说明电路板及其元器件在破坏后,其断口形貌具有分形的特征.     

非均匀锈蚀钢筋表面轮廓的分形表征

通过NaCl溶液干湿循环对热轧光圆钢筋进行加速腐蚀,采用单尖头百分尺获取了不同锈蚀率钢筋的表面轮廓曲线,并对其进行统计分析与分形计算.结果表明,锈蚀钢筋的蚀坑呈不均匀分布特性,其表面轮廓直径符合正态分布,且具有统计分形的特征;但分形维数反映的是轮廓曲线的相似程度,对于轮廓曲线的微小变化并不敏感.通过特征轮廓参数r*将分形维数D与尺度系数C联系在一起,实现了表面多尺度相似测量与绝对测量的统一,该参数具有物理意义清晰且灵敏度高的特点,可用于钢筋不均锈蚀程度的表征.     

BFRP布加固钢筋混凝土梁抗弯性能的分形特征研究

为了通过表面裂缝的演化过程和分布形态研究玄武岩纤维增强复合材料(Basalt Fiber Reinforced Polymer,BFRP)加固钢筋混凝土梁的抗弯性能,采用4点弯曲加载方法对6根不同加固方式下的钢筋混凝土梁开展抗弯试验,并运用分形理论对梁侧表面裂缝进行分形分析.验证了梁表面裂缝在加载过程中和极限状态下均具备分形特征,其分形维数在0. 90～1. 24;探讨了荷载等级、极限承载力、跨中挠度、延性系数与分形维数之间的关系.结果表明,荷载等级、跨中挠度与分形维数之间均呈对数关系,随着荷载的增大,对数曲线的曲率总体呈增大趋势;极限荷载、延性系数与分形维数在同种加固形式下呈线性关系,而在不同加固形式下,它们之间的关系具有明显差异.     

形变氮化20钢拉伸断口和冲击断口的分形研究

本文利用垂直截面法测量了20钢经不同形变和氮化复合处理后拉伸和冲击断裂表面的分形维数．结果表明，材料的拉伸性能（σb、σs、δ）、冲击性能（Ak）和断口表面的分形维数DF均随形变量的增加而增加．冲击断口的分形维数DF与冲击功的对数1nAk之间呈正变化的线性关系．     

单纤维对惯性颗粒稳态过滤捕集效率的数值模拟分析

采用计算机对单纤维稳态过滤捕集效率进行模拟分析,所选研究对象为惯性单分散颗粒,模拟分析中考虑拦截机理及碰撞机理作用,同时忽略扩散机理的影响.采用Kuwabara流场来表征单纤维表面的气流绕流特征,以计算粉尘颗粒运动的轨迹,计算分析了斯托克斯数St、拦截系数R及填充率c对稳态单纤维捕集效率的影响.研究结果表明:单纤维稳态过滤捕集效率均随St、R及c的增大而增大,单纤维稳态过滤捕集效率与填充率近乎呈线性增加的关系.模拟计算结果与文献研究结果基本吻合.     

表面形貌的分形特征研究

该文基于分形几何理论研究了表面形貌的分形特征,用结构函数法计算表面轮廓的分形维数,用Taylorsurf-6型轮廓仪对磨损前和磨损后的缸套内腔表面轮廓进行测量.分形分析结果表明,缸套内腔表面具有多重分形特征,其临界波长的大小与珩磨时的磨粒直径相对应.     

弹性金属塑料磨损表面的分形特性研究

通过对完成磨损试验后的弹性金属塑料（EMP）试样表面轮廓的测量与计算,获得EMP材料的磨损表面轮廓具有分形特性,通过比较分形维数的各种计算方法,推荐结构函数法为EMP材料磨损表面的轮廓进行分形维数计算的优选方法,并计算出了该材料在本研究条件下稳定磨损状态时的分形维数。     

股票市场的分形维数分析

针对股票市场所具有的混沌特征,运用分形理论的方法对上证指数进行分析·采用一种构造生成元的新方法尺度生成法构造出上证综合指数的生成元·根据分形迭代函数系统理论与方法,迭代生成上证综合指数的模拟走势图·根据尺度C定义极值总变化函数R(C),从而定义一种新的维数栏维Df,与分形维数、关联维数一起完成对股市波动的复杂程度的定量估计·