基于分形理论的疏浚淤泥固化土孔隙结构定量化研究

在分析疏浚淤泥固化土试样累计进汞曲线及SEM照片的基础上,基于分形理论,求得疏浚淤泥固化土孔隙结构的分形维数,确定了分形维数与微观结构参数、宏观力学性质以及固化材料比例之间的关系.研究结果表明:疏浚淤泥固化土微观孔隙结构具有明显的分形特征,其分形维数在2.8~3.2.并且,疏浚淤泥固化土的分形维数与平均孔径、孔表面积、承载比、黏聚力、内摩擦角以及矿粉掺量之间均具有很好的相关性:分形维数越大,疏浚淤泥固化土的平均孔径越小,比表面积越大,压缩指数越小,承载比、黏聚力和内摩擦角越大;分形维数随着配比中矿粉掺量的增加逐渐增大.采用分形维数可很好地定量描述疏浚淤泥固化土孔隙结构特征及力学特性,也可为疏浚淤泥固化土宏微观特性分析及模型的建立提供数据支持.     

沥青路面表面纹理的多重分形特征及其磨光行为

为揭示沥青路面表面纹理分布特征及其磨光行为,引入多重分形理论,验证了沥青路面表面纹理三维形貌分布的多重分形特性.然后,模拟了AC-13型石灰岩混合料在转速0~1×105低速荷载下表面纹理的磨光过程,分析了磨光区域表面纹理的多重分形谱参数变化情况,量化了表面纹理磨光前后的整体与局部特征变化.结果表明,沥青路面表面三维形貌具有多重分形特性,多重分形谱宽Δα反映了表面相对粗糙的整体特征,分形谱左右两侧高差Δf反映了陡峭区域占优程度.随磨光转数的增加,分形维数D变化较小,谱宽Δα则呈现出较为明显的衰减,表面平坦区域占优程度逐渐趋于稳定.因此,多重分形特征参数为描述路面表面纹理的磨光行为提供了新思路.     

基于多重分形理论的沥青路面集料离析评价方法

对采集的沥青道路表面数字图像进行二值化处理,通过多重测度理论计算得到沥青道路表面集料分布的谱参数,运用多重分形谱参数表征了沥青路面集料各分布状态下的离析程度。结果表明,沥青道路表面集料的分布有多重分形特性,其谱宽Δα能反映集料分布的不均匀程度,Δα越大表明集料分布越不均匀;通过白色像素占总像素的比率ε调整后的谱宽Δα′(Δα′=Δα·ε)能定量表征集料的离析程度;运用多重分形谱评价沥青道路表面集料离析是一种较为准确、高效、低成本的新方法。     

不同思维模式下的脑电奇异谱分析

人脑是极为复杂的系统,脑电(EEG)是脑内大量神经元电活动合作与竞争的综合反映,由局部和非局部频率分量构成,这些局部分量与特殊的内在神经网络状态紧密相关,在宏观上反映了脑的机能状态.脑电信号的非线性分析是近年出现的一种脑电分析方法,它反映了大脑处理信息活动的有序程度,为研究大脑高级认知活动提供了新的思路.越来越多的研究表明,传统的非线性动力学方法采用单一的参数不能充份描述脑电信号的复杂行为,多重分形用一个谱函数从不同层次描述了分形体的整体生长特征,采用多重分形方法描述系统的非线性动力学行为能够得到更多的信息.本文对不同思维模式下脑电的多重分形特性进行分析,发现EEG的奇异谱在不同的思维状态下具有差异.进一步对这种差异进行统计分析表明大脑思维的EEG多重分形特性受到人脑的思维方式的影响,EEG多重分形奇异谱强度分布反映了大脑思维模式的差异.     

基于多重分形理论的农田土壤特性空间变异性分析

土壤性质是影响土壤水分运动和溶质迁移的重要因素,土壤特性的空间变异性研究对于农田土壤质量管理具有重要意义.为定量研究土壤特性空间变异性的复杂程度,本文以再生水灌区农田土壤为研究对象,应用分形和多重分形理论定量分析了农田土壤颗粒含量、土壤容重、饱和含水量、孔隙度等土壤特性的空间变异性.结果表明:土壤容重、孔隙度的分形维数D较大,其空间分布具有较大的随机性,即空间分布的均匀性较好;土壤特性的空间分布具备多重分形特征,多重分形谱的谱宽Δα可以定量表征土壤属性空间分布的不规则特征,饱和含水量的多重分形谱谱宽Δα最大,其空间分布的不规则形最大;大值数据对于砂粒、容重和饱和含水量空间变异性的贡献率较大.因此,多重分形参数可以作为定量反映土壤特性空间变异性的潜在指标.     

基于多重分形理论的壤土粒径分布非均匀性分析

土壤粒径分布是影响土壤水力特性最基本的土壤物理性质之一.为定量描述壤土粒径分布的非均匀特性,应用激光粒度仪对6个典型壤土土样测定了土壤颗粒的等效直径和分布规律,运用分形和多重分形理论描述了土壤粒径分布的非均匀性,计算了粒径分布的分形维数D和奇异性指数α及其相应的谱函数f(α),得到了壤土粒径分布的分形维数和多重分形谱曲线.结果表明:壤土的粒径分布具有分形和多重分形特征,单分形只能描述土壤粒径分布的整体特征,多重分形谱宽度Δα定量表征了土壤粒径分布的非均匀程度,Δα愈大,粒径分布愈不均匀;壤土粒径分布的非均匀程度受土壤中粘粒和砂粒含量的影响.多重分形方法为土壤粒径分布非均匀性的定量研究提供了一种精确的分析方法.     

粗集料表面纹理粗糙度的多重分形评价

以多重分形理论为基础,研究了6种集料(闪长岩、辉绿岩、花岗岩等,粒径为9.5~13.2mm和13.2~16mm两档)表面粗糙度.通过60X显微放大6种集料表面,获得各集料较为直观的粗糙度评价;然后采用激光轮廓仪获取集料表面轮廓高程数据,对轮廓数据进行Butterworth高通滤波处理,分离出表面粗糙度纹理信号,验证了集料表面纹理具有多重分形特性;最后对各集料的多重分形谱参数Δα与集料磨光值pPSV进行相关性分析.结果表明:多重分形谱参数Δα和Δf较单参数能更细致地表征集料表面粗糙度,Δα从整体上表征集料表面高程分布不均匀的程度,Δf从高程峰谷值局部表征表面起伏特性;Δα与pPSV具有较好的线性关系(拟合优度达0.84),集料磨光值越高,其谱宽越大;运用多重分形谱评价集料表面纹理粗糙度具有可行性,并且能为集料实际工程应用提供快速、全面的评价方法.     

基于数值试验的混凝土单轴压缩裂纹分布多重分形特征

基于ABAQUS软件,利用多重分形理论对混凝土单轴压缩数值试验表面裂纹分布多重分形谱进行了定量计算.探讨了粗骨料粒径、数值试样尺寸对混凝土表面裂纹分布多重分形谱的影响.建立了基于混凝土数值试样表面裂纹分布多重分形谱峰值的混凝土弹性分形损伤本构方程.结果表明,混凝土在单轴压缩数值试验条件下表面裂纹分布具有多重分形特征,满足自相似性;混凝土数值试样表面裂纹分布多重分形谱峰值介于1.9～2.0,随粗骨料粒径、模型尺寸的增加呈降低的趋势;基于混凝土数值试样表面裂纹分布多重分形谱峰值的混凝土弹性分形损伤本构方程拟合曲线与数值试验应力-应变试验曲线吻合良好.     

五大连池老黑山西部熔岩流张裂的多重分形分析

分形与多重分形理论不断兴起与发展,在此背景下,本文应用q阶矩结构分割函数法对我国休眠活火山之一的老黑山西部熔岩流张裂进行了分析,通过多重分形谱曲线,并结合Δα、Δf两个重要的多重分形谱曲线参数,得出Δα=3.736,不接近0点,同时多重分形谱离差Δf〉0,熔岩流张裂分布相对密集具有强烈的多重分形特性.为今后定量化研究熔岩流张裂提供了一条新的途径与方法.     

颗粒级配对混合土力学性质影响的试验研究

利用按质量比制备的黏土和细砂的混合土,开展混合土的固结快剪试验和压缩试验,探讨颗粒级配对混合土强度和变形特性的影响,基于分形维数对颗粒级配特征的定量描述,建立了混合土强度参数、变形参数与分形维数的函数关系。研究结果表明:分形维数较含砂量更好地反映了混合土强度和变形特性随着颗粒级配变化的规律,分形维数2.467(含砂量80%)为混合土力学性质明显变化的界限值,反映了颗粒级配渐变引起混合土力学性质突变的现象,为合理解释混合土力学特性变化提供了实验依据。     

基于光学法的纤维增强RPC力学性能及微观结构分形特征研究

为探究纤维增强活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)的宏观力学性能与微观孔隙结构特征之间的关系,测试了不同水胶比、不同河砂替代率的RPC抗压、抗折强度,并基于光学法测定了其微观孔结构参数;建立了基于气泡分布的分形模型并计算出了RPC的气泡分布分形维数;最后通过试验数据拟合,分析了气泡分形维数与孔结构参数及RPC力学性能之间的关系.结果表明:RPC基体的气泡分布具有明显的分形特征,气泡分布分形维数在2.1～2.3之间;分形维数越大,基体孔隙结构的空间分布形态越复杂;RPC基体的含气量不具备分形理论的特征,而气泡平均弦长、气泡比表面积与气泡分布分形维数呈现明显的指数相关性;RPC抗压强度、抗折强度随分形维数增大,呈明显指数增大关系.     

湿式离合器磨合过程的多重分形谱预测

针对湿式离合器试验过程中磨合状态的预测问题,结合试验过程中摩擦转矩信号的几何结构特征,提出利用多重分形谱及其参数来预测磨合状态的新方法。阐述了基于盒计数法计算多重分形谱的方法;给出了多重分形谱参数的定义及其与摩擦转矩信号之间的内在联系;利用多重分形谱及其参数对某型号湿式离合器磨合过程的摩擦转矩信号进行分形表征。分析结果表明：多重分形谱及其参数能够定量地刻画试验过程中摩擦转矩信号的几何特征,并且随着磨合过程的进行,谱宽、最大最小概率子集分形维数差及谱偏斜度都呈现逐渐减小趋势,而最小奇异指数则呈现逐渐增大趋势。因此,利用试验中摩擦转矩信号的多重分形谱能够有效地预测湿式离合器的磨合状态。     

基于EMD与分形理论的闪电电场信号识别研究

基于经验模态分解(EMD)和分形理论对闪电电场信号的不同放电类型进行了识别研究.对闪电信号进行EMD分解后,用相关系数选取其优势分量并计算出相应的盒分形维数,将这些优势分量的盒维数、闪电信号的多重分形谱参数以及优势分量盒维数与多重分形谱参数的融合分别作为闪电信号的有效特征值,采用支持向量机对云、地闪不同放电类型的闪电信号进行识别研究.结果表明,单一分形特征与多重分形谱参数的融合特征,能够更精确地表征闪电信号的鉴别性特征,会获得更高的识别率,研究成果对闪电类型的识别有一定的参考价值.     

基于多重分形的喜马拉雅山山脉特征研究

采用多重分形谱对喜马拉雅山山脉地貌特征进行分析,多重分形谱参数分层次地刻画了空间内部的精细结构,突出了异常局部变化特征,因此能够准确获取地貌特征信息;在此将美宇航局最近拍摄的一张被积雪覆盖的喜马拉雅山卫星照片图像进行处理,通过计算多重分形谱,提取了山脉分布的特征参数,在喜马拉雅山山脉具体分布以及探究地球面貌中产生积极意义。     

矿区活动断裂多重分形特征及与动力现象关系

为分析矿区活动断裂分布特征及与动力现象之间的关系,以矿区地貌形态为研究背景,基于地质动力区划活动断裂划分方法,运用多重分形理论对木城涧矿、大安山矿、平顶山十二矿和老虎台矿Ⅴ级活动断裂划分结果进行多重分形计算.研究结果表明:4个矿区断裂体系在较大尺度上都满足标度不变性,空间分布属于多重分形分布,其多重分形谱呈右钩状,广义分形维数D_q与矿山动力现象正相关,特征参数Δf(α)与广义分形维数D_q综合起来能够宏观评估矿区动力环境.建立基于广义分形维数与特征参数的矿区动力环境等级判定准则与评估方法,并实现对以上4个矿区的动力等级评估,为矿山资源开采提前了解区域断裂内在特征及矿区动力环境特征提供宏观指导方向.     

多重分形及其良恶性肺结节的识别

采用多重分形谱对肺部CT图像特征进行分析.多重分形谱参数可以分层次地刻画空间内部的精细结构,突出异常局部变化特征,获得更多、更准确的特征信息.从复杂的肺部CT图像数据中选出了具有明显个性特征的区域,与分形维数相结合可进一步对良恶性肺结节进行分类.结果表明,同分形维数方法相比,多重分形的奇异谱函数可以提供更多的信息,有效地克服了分形维数相同情况下不同肺结节无法区分的困难,使肺实质组织中的肺结节特征提取更符合实际情况.     

次生晕多元素含量分布的多重分形特征——以山东上庄金矿为例

利用山东上庄金矿次生晕多元素含量数据集,应用多重分形原理,采用统计矩估计方法,计算了多重分形谱f(α)的跨度与对称性和差值Δα及广义维差值ΔD、Dmin-D0、D0-Dmax等特征参数,解析了不同元素含量分布的奇异性和非均质性.结果表明:元素分布均具有显著的多重分形特征,其谱函数形态为钩状.其中,Au的奇异性较其它元素强,这种模式更利于成矿;不同元素的多重分形谱函数形态差异特征,对区域成矿潜力的研究将具有一定的指示作用.     

考虑储气库裂隙储层分形特点的天然气渗流规律分析

考虑储气库裂隙介质分形特点以及临界运移饱和度的影响,根据两相不稳定渗流理论和分形理论,将裂隙储层介质分形参数引入到相对渗透率的预测,建立了储层相对渗透率与裂隙尺寸、典型单元体尺寸、毛管压力之间的关系;并分析了高含水衰竭油气藏裂隙储层改建储气库后的渗流规律及井底压力变化规律。采用计算模型与三维渗流模型所得计算结果进行了对比分析,并研究了分形维数、典型单元体尺寸、裂隙尺寸比、储层厚度、注气速率、排水速率对储气库井底压力的影响。计算结果表明:采用的计算模型考虑了裂隙储层的分形特点,具有较高的计算精度,可以满足实际工程计算需求;气相相对渗透率随着分形维数的增大而增大,水相相对渗透率随着分形维数的增大而减小;储气库井底压力随着裂隙介质分形维数、储层厚度、排水速率的增大而减小;随着典型单元体尺寸、裂隙尺寸比、注气速率的增大而增大。     

基于广义维数与优化BP神经网络的刀具磨损量预测

根据多重分形理论,采用改进的盒计数法计算了切削加工过程中声发射(AE)信号的广义分形维数,得到了不同刀具磨损状态下AE信号的广义维数谱,分析了广义维数与刀具磨损量之间的关系.以广义分形维数以及切削加工参数为特征,进行归一化处理后作为BP神经网络输入向量;采用遗传学算法,对BP神经网络的初始权值和阈值进行了优化,利用优化后的神经网络对刀具磨损量进行预测.测试结果表明,该方法可以较精确地预测刀具磨损量,平均预测误差为001mm.     

基于多重分形谱的碳纤维复合材料表面评定方法

碳纤维复合材料（CFRP）表面的多重分形谱能表征其表面形貌特征.用TalyScan 150表面测量仪测量了CFRP的表面形貌,使用小波变换算法计算了其多重分形谱.结果表明,CFRP 3D表面的形貌与其多重分形谱密切相关,Lipschitz指数的范围可以表征表面的粗糙度,多重分形谱的数值可以表征表面的波峰和波谷的分布.同传统表面粗糙度分形维数表征方法相比,多重分形谱能表征加工表面形貌的局部特征.